CN107106047A - 生物反馈虚拟现实系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及使用生物反馈虚拟现实系统来优化个体的心率循环，从而促进相干和谐振，由此可以同时地改善受试者的情绪状态、压力水平以及表现。在实施例中，如本文中公开的生物反馈虚拟现实系统和方法评估个体的当前相干状态，并且基于该分析，提供与个体的当前相干状态有关的虚拟环境并允许个体前进至表示“更好”或更多相干状态的替换虚拟环境。生物反馈虚拟现实系统可以包括心脏监视器和RR间隔监视器，其提供与个体的HRV有关的信息。生物反馈虚拟现实系统可以是可方便地携带的，并且因此在几乎任何位置处使用，从而为个体提供根据期望而降低其压力水平和/或改善其心情的能力。

Description

生物反馈虚拟现实系统和方法
相关申请
本申请要求2015年10月12日提交且题为“BIOFEEDBACK VIRTUAL REALITY SYSTEMAND METHOD”的美国临时申请号62/240,004和2015年5月27日提交且题为“Virtualreality-based heart rate variability coach and tracker”的美国临时申请号62/166,720的优先权，所述临时申请中的每一个被整体地通过引用结合到本文中。
技术领域
本公开一般地涉及生理学生物反馈系统的领域。特别地，本公开涉及一种改进的心率生物反馈虚拟现实系统和方法。
背景技术
个体的心率可以对个体的健康具有很大影响。众所周知的是个体的心率适应于身体对氧气的需要的变化，其可以由运动、休息或其它活动水平促成。心率的变化还响应于紧张性刺激而发生，由肾上腺素和皮质醇的释放引起，并且伴随着心率增加的是到肌肉系统的血流的改向、脂肪到血流中的释放以便用作能量、呼吸速率的增加、肌肉紧张以及血液凝固能力的增加。虽然这些反应在战斗或者逃跑情况中是有益的，但这些情况是不常见的；替代地，个体忙于由工作、家庭、孩子等引起的长时段的压力，其负面地影响个体的健康。
生物反馈技术已被用来自动调节心率。一般而言，生物反馈是训练个体出于改善健康和表现的目的影响无意识生理机能的过程。作为某些示例，生物反馈技术聚成已被用来治疗偏头痛和紧张性头痛、消化扰乱、高血压、血压过低、心脏心律不齐、Raynaud癫痫症、麻痹、运动障碍以及慢性疼痛。
个体的心率的评估通常是经由几个不同方法完成的。标准的心率测量简单地是每单位时间的心搏次数(通常是每分钟心搏(BPM))的评定。更准确但更加难以测量的度量是心率变异性(HRV)。HRV监视涉及到监视心搏速率并辨别心搏速率改变的速率。可以通过检测个体的脉搏并测量心搏间间隔(“上升-上升”或RR间隔)来监视HRV。
发明内容
在第一示例性方面，公开了一种生物反馈虚拟现实系统，该生物反馈虚拟现实系统包括虚拟现实耳机，其具有用于用户的观看区域；传感器，其能够产生指示用户的生理参数的信号；便携式计算设备，其被耦合到所述虚拟现实耳机并被电子耦合到所述传感器，所述便携式计算设备能够接收信号并包括处理器和存储器，所述存储器包括多个虚拟现实环境和可由所述处理器执行的指令集，所述指令包括：基于信号来确定用户的精神状态；向用户输送所述多个环境中的选定的一个；基于所述确定来调整所述选定的一个，其中，所述调整采取设定与虚拟现实环境中的选定的一个相关联的多个初始条件的形式；监视信号；以及基于监视而改变所述多个环境中的所述选定的一个。
在另一示例性方面，公开了一种生物反馈虚拟现实系统，该生物反馈虚拟现实系统包括传感器，其能够产生表示用户的心率的第一信号并产生表示用户的心搏峰值之间的时间的第二信号；以及虚拟现实设备，其包括耳机和被耦合到所述虚拟现实耳机并被电子耦合到所述传感器的便携式计算设备，所述便携式计算设备能够接收信号并包括处理器和存储器，所述存储器包括多个虚拟现实环境和可由所述处理器执行的指令集，所述指令包括：基于第一信号和第二信号来确定用户的精神状态；向用户输送所述多个环境中的选定的一个；基于所述确定来调整所述选定的一个，其中，所述调整采取设定与虚拟现实环境中的选定的一个相关联的多个初始条件的形式；监视第一信号和第二信号；以及基于监视而改变所述多个环境中的所述选定的一个。
在另一示例性方面，公开了一种根据用户需要改善用户的精神状态的方法，所述方法包括：提供虚拟现实设备和传感器，所述传感器能够发送表示用户的生理信息的信号，所述虚拟现实设备包括多个虚拟现实环境；基于信号来确定用户的当前精神状态；基于所述确定来设定所述多个虚拟现实环境中的选定的一个的初始状态；提供呼吸指示符，该呼吸指示符指示用户何时应尝试进行呼吸；经由所述多个传感器来监视用户的精神状态；基于所述监视而从初始状态调整所述多个虚拟环境中的选定的一个的状态。
附图说明
出于举例说明本发明的目的，附图示出了本发明的一个或多个实施例的各方面。然而，应理解的是本发明不限于图中所示的精确布置和仪器，在所述附图中：
图1是根据本发明的实施例的生物反馈虚拟现实系统的透视图；
图2是根据本发明的实施例的便携式计算设备的透视图；
图3是根据本发明的实施例的另一生物反馈虚拟现实系统的透视图；
图4是根据本发明的实施例的用于改善用户的精神状态的示例性过程的框图；
图5是根据本发明的实施例的适合于与生物反馈虚拟现实系统一起使用的用户界面的图示；
图6是示出了实现相干时的虚拟现实环境的变化的示例性生物反馈虚拟现实显示的图；
图7是根据本发明的实施例的用于改善用户的精神状态的另一示例性过程的框图；以及
图8是根据本发明的实施例的用于与生物反馈虚拟现实系统一起使用的示例性计算系统。
具体实施方式
本公开的生物反馈虚拟现实系统和方法涉及使用生物反馈虚拟现实系统来优化个体的心率循环，从而促进相干和谐振，由此可以同时地改善受试者的情绪状态、压力水平以及表现。在实施例中，如本文中公开的生物反馈虚拟现实系统和方法评估个体的当前相干状态，并且基于该分析，提供与个体的当前相干状态直接地有关的虚拟环境并允许个体前进至表示更好或更相干状态的替换虚拟环境(或者如果显示出倒退，则虚拟环境可以移动至“更坏”相干状态的表示)。生物反馈虚拟现实系统可以包括心率监视器，其提供与(除其它的之外)个体的心率变异性(HRV)有关的信息。生物反馈虚拟现实系统可以是可方便地携带的，并且因此在几乎任何位置处使用，从而为个体提供根据期望而降低其压力水平和/或改善其心情的能力。生物反馈虚拟现实系统还可以包括竞赛组件，其挑战用户以获得更高分数或者其中用户可以使用本文中公开的生物反馈虚拟现实系统与其它个体竞赛。
根据本公开的某些实施例，公开了一种生物反馈虚拟现实系统，其包括虚拟现实(VR)头戴式显示器、控制系统以及传感器，诸如心率监视器(HRM)(诸如基于蓝牙的胸带或耳夹式传感器)，其用于在向个体呈现遵循生理参数值的变化而随时间改变的沉浸式VR环境的同时监视个体的生理参数(心率)。沉浸式VR环境的变化是使用生物反馈技术配置的，并且被设计成训练个体实现存在或相干的更放松状态。通过将个体置于虚拟现实环境中并使用生物反馈技术来提供简单的呼吸指令，生物反馈虚拟现实系统可以提供对虚拟现实环境的音频和视觉改变，以便改善个体的情绪状态和心率变异性，从而帮助个体进入放松的状态。
如本文中所使用的术语“相干”宽泛地描述更加有序的精神和情绪过程以及各种生理系统之间的更加有序且和谐的交互。同样地，相干可以包含被用来描述上述过程中的一个或多个的排序的许多其它术语，诸如同步、夹带以及谐振。生理相干与呼吸节律和心脏的节律性活动中增加的相干(其表现为正弦波状心律图(称为自相干))以及不同生理振荡系统(包括但不限于心律、呼吸节律以及血压波)之间的夹带的增加相关联。
在生理相干期间还发生谐振。例如，当个体具有增加的相干时，在自主神经系统的交感神经与副交感神经分支之间可以发生同步，并且在各种身体节律之间可以发生夹带，所述身体节律诸如但不限于心律、呼吸节律、血压振荡、低频大脑节律以及颅骶节律。由于上述系统全部在系统的谐振频率(例如约0.1赫兹)下振动，所以当个体在生理上相干时，心律的功率谱显示约0.1的异常大的峰值。
就生理机能而言，生理相干可以带来许多益处。例如，研究已经表明存在与毛细血管与组织之间的流体交换、过滤以及吸收方面的增加的效率相结合的增加的心输出量；心血管系统适应于循环要求的增加的能力；以及遍及整个身体的细胞的增加的时间同步。此外，在正面情绪与增加的生理效率之间存在联系，这可以部分地解释在正面情绪、改善的健康和增加的寿命之间证明的越来越多的相关性。
现在转到附图且特别是图1，示出了根据本公开的实施例的生物反馈虚拟现实系统(BVRS)100。在高层级处，BVRS 100包括便携式计算设备104、传感器108以及虚拟现实耳机112。
一般地，便携式计算设备104能够评估个体的心情和/或压力水平并产生训练平台以使得用户能够改善其心情和/或降低其压力水平。更具体地，便携式计算设备104被配置成使用BVRS 100来接收表示与个体的心率和RR间隔有关的信息的信号。便携式计算设备104可以通过例如将个体的信息与个体的历史心率和/或RR间隔数据、与其它类似个体的信息、与类似人的数据的科学研究或其它可用比较信息相比较来评估个体的心率和RR间隔信息。在示例性实施例中，将一个或多个模块或指令集安装在便携式计算设备104中，从而促进上文所讨论的活动和/或执行本文中所述的过程中的一个或多个。
便携式计算设备104基于从已从传感器108接收到的信息导出的HRV信息开发用于个体的下面更详细地讨论的训练平台，并且针对个体运行该训练平台。在示例性实施例中，便携式计算设备104可以是但不限于智能电话、智能手表、平板电脑、便携式计算机、虚拟现实播放器或可以容易地被普通人运输的其它移动设备。如图1中所示，便携式计算设备104是可以安装在虚拟现实耳机112内的移动设备120。
现在转到图2A-图2B，示出了适合于与BVRS 100一起使用的移动设备120的实施方式。移动设备12可以包括触摸敏感显示器204、输入设备208、扬声器212以及收发机216。触摸敏感显示器204有时为了方便起见而称为“触摸屏”，并且还可以称为或命名为触敏显示系统。触摸屏204可以用来显示信息或提供个体接口对象220(例如，虚拟(也称为“软”)控制键，诸如按钮或键盘，从而提供移动设备120与个体之间的输入接口和输出接口。由触摸屏204显示的信息可以包括图形、地图、文本、图标、视频以及其任何组合(统称为“图形”)。在实施例中，并且在与BVRS 100一起的使用中，个体可以使用触摸屏204来选择一个或多个个体-接口对象220以选择期望的虚拟现实场景(下面更详细地讨论)。
触摸屏204具有触敏敏感表面，其使用传感器或传感器组基于触觉和/或能触知接触而接受来自个体的输入。触摸屏204可以使用LCD(液晶显示器)技术或LPD(发光聚合物显示器)技术，但在其它实施例中可以使用适合于显示虚拟现实或沉浸式环境的其它显示器技术。触摸屏204可以检测触摸屏上的接触(以及接触的任何移动或中断)，并且将检测到的接触转换成与在触摸屏上显示的个体接口对象(例如，一个或多个软键、图标、网页或图像)的交互。触摸屏204可以使用现在已知或后来开发的多个触摸感测技术中的任何一个来检测接触及其移动或中断，所述触摸感测技术包括但不限于电容、电阻、红外以及表面声波技术以及用于确定与触摸屏204的一个或多个接触点的其它接近传感器阵列或其它元件。在移动设备120的使用的示例性实施例中，个体将手指按到触摸屏204从而引发接触。在替换实施例中，个体可以使用任何适当对象(诸如但不限于触针)与触摸屏204进行接触。
输入设备208促进在触摸屏204中显示的一个或多个个体接口对象220之间的导航并与其相交互。在实施例中，输入设备208是点击转盘，其可以旋转或移动，使得其可以用来选择在触摸屏204上显示的一个或多个用户接口对象220。在替换实施例中，输入设备208可以是虚拟点击转盘，其可以是响应于个体与移动设备120的交互而在触摸屏显示器上出现和消失的不透明或半透明对象。在其它实施例中，输入设备208可以是一个或多个传感器，其被配置成对用户的眼睛的移动进行响应，并且在那方面，用户的某些眼睛运动可以提示导致触摸屏204上的变化或移动设备120的操作的某些响应。
收发机216从移动设备120接收和发送信号。在移动设备120的实施例中，收发机216通过一个或多个通信网络(诸如网络844(图8))和/或其它计算设备来发送和接收射频信号。可以将收发机216与用于执行这些功能的众所周知的电路组合，包括但不限于天线系统、一个或多个放大器、调谐器、一个或多个振荡器、数字信号处理器、CODEC芯片组、订户标识模块(SIM)卡以及存储器。如上所述，收发机216可以与一个或多个网络通信，所述网络诸如因特网(也称为万维网(WWW)、内部网和/或无线网络，诸如蜂窝式电话网、无线局域网(LAN)和/或城域网(MAN)及其它设备。移动设备120可以使用多个通信标准中的任何一个用收发机216来向网络或其它设备进行通信。用于通信的通信标准、协议和技术包括但不限于全球移动通信系统(GSM)、增强数据GSM环境(EDGE)、高速下行链路分组接入(HSDPA)、宽带码分多址(W-CDMA)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、无线保真(Wi-Fi)(例如，IEEE 202.11a、IEEE 202.11b、IEEE 202.11g和/或IEEE 202.11n)、网际协议语音(VoIP)、Wi-MAX、用于电子邮件的协议(例如，因特网消息访问协议(IMAP)或邮局协议(POP))、即时通讯(例如，可扩展消息和存在协议(XMPP)、用于即时消息和存在扩展的会话发起协议(SIMPLE)和/或即时消息和存在服务(IMPS))和/或短消息服务(SMS))或任何其它适当通信协议。
收发机216还可以被配置成帮助移动设备120与一个或多个传感器108(图1)进行通信。例如，可以命令收发机216提供适合于确定传感器108的存在和可用性的信号。如图2A中所示，移动设备120可以指示其正在搜索传感器108和相关信息(例如，心率)。移动设备108还可以从个体请求关于传感器是否被适当地置于接口对象220”处的输入。个体然后可以使用触摸屏204或其它手段(诸如语音激活)来指示传感器108已就位并被激活。
移动设备120还可以包括其它应用程序或程序，诸如但不限于文字处理应用程序、JAVA使能应用程序、加密、数字权限管理、语音识别、语音复制以及浏览器模块。浏览器模块可以用来浏览因特网，包括搜索、连接到、接收以及显示网页或其部分以及附件和被链接到网页的其它文件。
应认识到的是移动设备120仅仅是可以与本系统和方法一起使用的移动设备的一个示例，并且移动设备可以具有比提到的更多或更少的组件，可以将两个或更多组件组合，或者可以具有组件的不同配置或布置。在本系统和方法中，可以用任何计算设备来实现移动设备120，该计算设备包括虚拟现实功能，并且并未如此大以致于要将其从一个位置移动至另一位置是非常不方便的。因此，移动设备120不限于智能电话或其它手持式设备，并且可以包括板或平板计算设备、智能书、上网本、膝上型计算机、手表以及甚至可以在没有显著不便的情况下从一个位置移动至另一位置的具有虚拟现实功能的较大型计算设备。
传感器108被设计并配置成使用BVRS 100来测量个体的生理参数并向便携式计算设备104发送表示测量结果的信号。传感器108被电耦合到便携式计算设备104，如在本领域中已知的，其可以是有线或无线连接。在高层级处，传感器108可以是能够提供足以确定个体的心率和/或RR间隔的信息的任何传感器(或传感器组合)。在示例性实施例中，传感器108是适合于测量个体的心率和/或RR间隔的耳夹传感器(传感器108A)，并且位于个体的耳垂上。在另一示例性实施例中，传感器108是适合于测量个体的心率和/或RR间隔的胸带传感器(传感器108B)并被围绕着个体的胸部紧固。如在本领域中已知的，能够测量心率和/或RR间隔的其它传感器技术可以代替传感器108A和108B。
返回图1，虚拟现实耳机112能够使用BVRS 100向个体提供沉浸式虚拟现实环境。如在本领域中已知的，虚拟现实可以称为沉浸式多媒体或计算机模拟现实，并且尝试在现实世界或想象世界中的各地点处的亲身在场，允许用户在该世界中进行交互，并且在某些实施例中可以创建感觉体验，其可以包括视力、听力、触摸以及嗅觉。在示例性实施例中，并且如图1中所示，虚拟现实耳机112可以包括安装区域124、观看区域128、控制旋钮132以及头带136。在本实施例中，安全区域124被确定尺寸并配置成接纳设备，诸如智能电话120或其它便携式计算设备，如上所述，其包括便携式计算设备104。观看区域128被确定尺寸并配置成允许观看包含于安装区域124中的设备。当BVRS 100在使用中时，安装区域124被耦合到观看区域128。控制旋钮132可以控制智能电话120(或另一便携式计算设备)的输出和/或调整观看区域128与安装区域124之间的关系(允许用户聚焦于图像，更多地类似于调整一副双目镜)。在图1中所示的实施例中，个体使用头带136来将BVRS 100固定到用户的头和脸。
虽然上文已将BVRS 100描述为具有单独的便携式计算设备104和虚拟现实耳机112，但应理解的是可以将这两个组件集成为单个设备或单元。
虚拟现实耳机112还可以包括各种特征，该特征可以在其被相互连接并通信时被提供虚拟现实耳机112或便携式计算设备104。例如，每个设备可以包括以下组件中的一个或多个：处理器、显示屏、控件(例如，按钮、开关、触控板和/或屏幕)、相机、接收机、天线、扩音器、扬声器、电池、光学子组合件、传感器、存储器、通信系统、输入/输出(“I/O”)系统、连接系统、冷却系统、连接器等。如果被激活，这些组件可以被配置成根据系统的需要而一起或单独地工作。在某些情况下，如果系统不需要，则可以将特征完全关掉。
图3示出了BVRS的另一实施例，即BVSR 200，其具有与便携式计算设备304相组合的虚拟现实耳机302。在本实施例中，便携式计算设备304可以可释放地与虚拟现实耳机302滑动卡合。如图3中所示，虚拟现实耳机302具有便携式计算设备304，其滑动通过虚拟现实耳机302中的槽308并进入腔体312，其被确定尺寸并配置成接纳便携式计算设备304。槽308可以位于与耳机连接器316相对处，使得随着便携式计算设备304滑入腔体312中，设备连接器320(与便携式计算设备304相关联)可以与耳机连接器316相配合。
耳机连接器316和设备连接器320可以允许虚拟现实耳机302与便携式计算设备304之间的数据和/或电力通信。耳机连接器316和设备连接器320可以采取许多不同形式，诸如但不限于低剖面连接器、USB、微型USB、FireWire或在由加利福尼亚州库珀蒂诺的苹果公司制造的iPodTM和iPhoneTM中使用的30引脚连接器。在某些情况下，腔体/连接器组合一般地可以限定用于便携式计算设备304的配接站。
由于一旦便携式计算设备304被耦合到虚拟现实耳机302，就可以将设备连接器320阻断，所以可以防止便携式计算设备与其它设备对接。为了适应其它设备，虚拟现实耳机302可以包括适配器324，其包括在虚拟现实耳机的外侧上的外部连接器328。结果，当另一设备(例如，电池)被用插头插入外部连接器328时，此设备可以与便携式计算设备304对接。
在将便携式计算设备304耦合到虚拟现实耳机302之后，设备根据进行通信的协议可以广泛地改变。可以使用任何适当的通信协议，诸如主/从通信协议、服务器/客户端通信协议、端/端通信协议或其任何组合。例如，使用主/从通信协议，设备中的一个(主设备)控制另一设备，即从设备。例如，便携式计算设备304可以变成虚拟现实耳机302的从设备，使得头戴式设备在耦合之后控制便携式电子设备的操作。替换地，虚拟现实耳机302可以通过简单地基于来自便携式计算设备的控制来实现动作而充当便携式计算设备304的从设备。作为另一示例，使用客户端/服务器通信协议，在便携式计算设备304或虚拟现实耳机302上操作的服务器程序对来自客户端程序的请求进行响应。作为另一示例，使用对等通信协议，两个设备中的任一个可以发起通信会话。
一般地，通信会话可以当便携式计算设备304和虚拟现实耳机302被耦合在一起时开始。在某些情况下，设备可以在被连接时立即切换至虚拟现实模式。在虚拟现实模式中，可以调整屏幕上的一个或多个图像帧的尺寸和可能的分辨率以便在紧密接近处观看。另外，可以将某些特征开启/关掉，同时可以将其它特征的设置与正常便携式计算设备304使用不同地重配置。例如，输入设备、输出设备、传感器及其它电系统可以基于默认设置被激活或去激活。
在一个实施例中，可以为个体提供用以手动地设立虚拟现实显示系统的选项。例如，当设备被耦合在一起时，可以用用于设立虚拟现实显示系统的控制菜单(诸如图5中所示的用户界面500)来提示用户。作为另一示例，可以为用户提供用以手动地设定在屏幕上显示的两个图像帧(每只眼睛一个)之间的距离的选项。例如，用户可以选择用以将两个图像帧与其眼睛对准的控件(例如，旋转旋钮，诸如控制旋钮132(图1))。
替换地，如果调整对于用户而言是困难的，则便携式计算设备304和/或虚拟现实耳机302可以包括用于基于默认设置来自动地配置图像帧位置和尺寸的机构。如应认识到的，BVRS 100或200的每个用户将具有不同地布置的眼睛。例如，某些眼睛紧密地位于一起，而其它的更加散开。因此，任一设备可以包括用于检测到眼睛的距离和眼睛的位置的传感器。在基于检测到的距离和位置确定所显示图像帧的最优观看位置和尺寸之后，BVRS 300可以调整观看位置。
还可以以类似方式调整所显示图像帧的分辨率。然而，由于每个用户的眼睛不同地聚焦，所以允许用户诸如使用控制旋钮132(图1)来手动地调整分辨率可以是有益的。在示例性实施例中，BVRS 300可以包括用于向便携式计算设备304警告设备已被耦合到虚拟现实耳机302的感测机构。结果，便携式计算设备304可以切换至虚拟现实模式。举例来说，感测机构可以是电连接、诸如接近传感器或IR检测器之类的传感器等。可以作为通信接口的替代或与其相组合地使用感测机构以帮助设备切换至虚拟现实模式。
另外，作为通过有线和/或无线接口将设备操作耦合的结果，可以将虚拟现实耳机302的特征扩展至便携式计算设备304，并且可以将便携式计算设备的特征扩展至虚拟现实耳机。
现在转到图4，并且参考图5和图6，示出了适合于与生物反馈虚拟现实系统(诸如BVRS 100或BVRS 300)一起使用的示例性生物反馈虚拟现实过程400。
在步骤404处，为用户提供将从其中进行选择的多个虚拟现实环境。在图5中示出了用于选择虚拟现实环境504的示例性用户界面500，也称为“场景”。虚拟现实环境504可以包括但不限于数据场景504A、海滩场景504B、河流场景504C以及花朵场景504D。可以向用户提供附加或不同场景。通常，由于如本文中所述的生物反馈虚拟现实系统意图使用户平静下来并改善用户的相干，所以虚拟现实环境504被设计成引发平静。然而，应理解的是用户可能期望挑战他们自己以在更紧张的条件下保持平静，并且同样地，虚拟现实环境504可以被设计成呈现紧张状况和条件，例如在忙碌的交通条件下驾驶、帮助正在哭的婴儿或者在暴风雨天气外出。这样，用户可能能够从受控环境的安全性改善其对灾难性条件做出反应的能力。
在步骤408处，用户选择期望的虚拟现实环境。如本文中所讨论的，环境的选择可以用不同的方式完成，例如通过眼睛命令、语音命令、通过远程控制或者通过输入设备，诸如输入设备208。
在步骤412处，接收来自一个或多个传感器(诸如传感器108)的生理信息。通常，从传感器接收到的信息是指示心率和RR间隔的信号，但根据期望可以使用其它传感器。例如，可以使用呼吸监视器来识别用户何时进行呼吸、呼吸的持续时间、呼吸循环的吸气和呼出部分、用户是否在任何时间段内屏住呼吸等。
基于在步骤412处接收到的生理信息，在步骤416处确定用户当前的情绪和/或压力水平，即相干性。在示例性实施例中，基于用户的HRV(以毫秒为单位的心搏峰值之间的持续时间，也称为RR间隔)来确定用户当前的情绪和/或压力水平。RR间隔被用来使用等式1确定心率变异性频率(FHRV)，其中，RR间隔是以毫秒为单位测量的：
FHRV(Hz)＝60.0/(当前RR间隔/1000)；
由于HRV具有循环性质，然后使用FHRV来确定HRV分数，其是每分钟HRV循环次数的分析。在示例性实施例中，通过评估连续FHRV确定之间的差(例如FHRVn－FHRVn+1.)来确定循环的开始和结束。上述差的符号的变化(例如，正到负)指示循环的开始，并且在下一次发生相同的符号变化(在本示例中，即正到负)时，指示循环的结束。一般地，循环次数越高，其对应于较低的HRV分数，一个人被假定为越是忧虑或有压力，而较低的循环次数(较高HRV分数)指示平静和克制。
在另一示例性实施例中，HRV分数(和因此的关于个体的压力/相干性的确定)是FHRV的均方根标准偏差的倒数的函数。在另一示例性实施例中，使用HRV数据经由本领域中已知的方法来导出呼吸率。
在步骤420处，设定虚拟现实环境开始条件。例如，如果用户已选择花朵场景(在步骤408处)(如在图6中示为场景600)，并且测量到个体具有相对低的HRV分数(在步骤416处)，则环境开始条件可以是黑暗、平静、无声的风景(左上方框604A)，期望的结果是提供影响以引发用户的平静。替换地，如果用户已选择花朵场景并具有相对高的HRV分数，则开始条件可以是具有轻微的树叶沙沙声和鸟的声音的破晓时的花园(右上方框604B)。应回想的是目标不是具有可能的最高HRV分数，而是获得相干或谐振，其是身体的自然频率的受控结合。因此，具有过高的HRV将可能避免实现期望的谐振。
在任何场景中，可以提供帮助个体保持期望的呼吸节律的呼吸指示符。例如，在一个实施例中，示出提示用户进行呼吸的指示符。指示符的定时序列可以是用于个体的预定最优呼吸次数的函数。以非限制性示例的方式，如果预定最优呼吸次数被确定为每分钟6次呼吸，则用于呼吸指示符的定时序列将被设定为10秒间隔。因此，在这种情况下，将以每10秒间隔为个体提供呼吸指示符，使得每分钟将进行一定总数的呼吸。当然应认识到的是预定最优每分钟呼吸次数可以多于或少于6次。虽然呼吸指示符可以提供能够使用人类感觉中的一个或多个来感知的任何类型的指示，但在一个实施例中，呼吸指示符是给定受试者可见的光，使得用户知道何时进行呼吸。应同样地认识到可以使用任何其它视觉、音频或感官提示。虽然不是必需的，可以包括呼吸监视器以更准确地跟踪用户的呼吸节律。
如果使用呼吸监视器以便基本上优化受试者的呼吸循环，则还可以将个体对呼吸刺激的反应时间考虑在内。亦即，向个体提供呼吸指示符时与个体实际上进行呼吸时的时间之间的时间可以改变1-2秒。此外，反应时间趋向于在个体之间改变。因此，可以基于特定个体的反应时间来校准训练系统。在一个实施例中，使用校准模式来确定给定个体的反应时间的近似。在此校准模式期间，向个体提供一系列呼吸指示。然后可以测量提供呼吸指示时与个体实际上进行呼吸时之间的时间长度。然后将此值结合到指示符定时序列中以确保进行每给定时间段(例如，每分钟)最优次数的呼吸。
返回图4，在步骤424处，监视个体的生理信息(如前所述，经由传感器，诸如传感器108)，从而在步骤428处提供与个体的心率或HRV相关的指导和反馈。在示例性实施例中，提供了目标模式，其是个体的心率/HRV节律应通过改变其呼吸和/或其它生理变化(放松身体、清醒意识等)而尝试匹配的优化心率/HRV节律的正弦波。在另一实现实施例中，呼吸节律指示符可以以仅略微慢于初步呼吸型(基于心率和/或HRV值)的步调开始，并且随着个体的心率和/或HRV值改善而缓慢地改变以达到目标模式。在另一示例性实施例中，虚拟现实场景可以另外包括可以随着个体的“相干峰值”被最大化而收敛到优化频率上的目标模式(例如，正弦波)—换言之，用户被朝向目标驱动，并且在具有改善心率和/或HRV的情况下用户更接近该目标。当相干峰值达到其最大值时，频率将是固有谐振频率，其将变成然后可以出于训练目的向个体显示的目标节律。
在步骤432处，随着个体的心率和HRV达到更期望的水平，虚拟现实环境的条件改变。如图6中所示，花朵场景可以随着用户的前进从黑暗、平静的环境(左上方框604A)变成明亮、晴朗、有彩虹的环境(右下方框604D)。
在使用中，用户经由诸如移动设备120之类的移动设备发起过程400，并且将心率监视器跨胸部用带缚住或者将耳夹式传感器附着到耳垂中的一个。根据主用户界面500(图5)，用户可以选择多个虚拟现实场景(场景504A-D)中的一个。然后可以让用户与在屏幕的中间增长和收缩的呼吸指示符608(图6中所示的示例)同步地呼吸。移动设备120然后从传感器108接收表示心率信息(例如，脉搏信息和RR间隔信息)的信号，实时地确定用户的HRV并产生HRV分数，并且使用HRV分数来确定用户的相干状态并设定虚拟现实场景的条件。移动设备120向用户提供屏幕上指令以帮助用户实现较高的相干状态。移动设备120然后可以对沉浸式虚拟现实环境进行实时改变以反映用户的相干状态的变化(图6中的其它场景)。为了退出虚拟现实环境，用户可以使用输入设备208与移动设备120相交互，并且移动设备120可以显示用户的会话结果，诸如HRV、每分钟平均心搏、连续差均方根等。
在另一实施例中，生物反馈虚拟现实系统将通过在VR环境中提供紧张状况以测试用户保持相干来挑战用户。VR环境可以是悬疑的、困难的、刺激的、惊心动魄的等，并且可以由用户选择并可以具有VR场景的交替并越来越困难的层级。
现在转到图7，示出了用于在BVRS内使用的另一示例性过程700。在704处，完成用户的精神和情绪状态—例如理解用户的当前相干—的确定。在此步骤中，可以校准移动设备(诸如移动设备120)以将特定个体的反应时间考虑在内。在一个实施例中，这是通过为个体提供呼吸监视器且然后向个体提供测试指示符系列来完成的。每当个体接收到测试指示符时让个体进行呼吸。针对测试的每次重复测量在提供测试指示符时与个体实际上进行呼吸时之间所经历的时间。然后，确定均值或平均反应时间的某个度量。应认识到的是可以使用许多方法来得出用于个体的反应时间，包括但不限于均值、平均、加权平均等。
在步骤708处，用户可以选择虚拟现实场景，其可以是受到校准或其它信息(例如，当前心率、当前RR间隔等)影响的初始条件。在任何情况下，心率训练序列在步骤712处通过向个体提供心率指示符并提供用户的心率的持续监视(经由例如传感器108)而开始。
在另一示例性实施例中，在开始训练之前，用户可以从多个困难水平中进行选择，并且可以接收分数，其至少部分地基于所选的困难水平。在完成训练会话之后，用户的分数可以对本地或全局排行榜可见。在另一实施例中，用户与位于本地或异处的其它用户形成团队，并且团队分数是可比较的。在示例性实施例中，团队包括3至9个用户，但更多用户是可能的。
在步骤716处，使用本文中讨论的方法来确定用户的相干。随着用户的相干改变，虚拟现实场景中所示的图像被修改—诸如通过图6中所示的场景变化(注意从左上至右下的场景改善)。此反馈指示接近于最优水平的个体呼吸循环和/或呼吸窦性心律不齐(RSA)模式，个体的心率和/或RR间隔是提供个体的呼吸节律的指示的生理测量结果。在一个实施例中，可以随着接近最优心率水平而向个体显示朝着目标过渡的图形元素。举例来说，图6是根据本发明的一个实施例的由训练系统产生的呈现格式。
当然应认识到的是还可以随着接近优化呼吸循环和/或RSA模式而向个体提供许多其它形式的正面反馈。此类其它形式的正面反馈可以包括可听反馈、触觉反馈等。
替换实施例可以采用各种显示格式，包括详细信息、图形信息、图形图像、视频图像以及音频反馈。同样地，可以使用从心率或RR间隔导出的相干来驱动音频、视频和/或特定游戏事件。特别地，相干性的下降(其与负面精神/情绪状态相关联)将产生一种类型的反馈或游戏事件，而相干性的增加(与正面精神/情绪状态相关联)将驱动不同类型的反馈或游戏事件。
图8以系统800的示例性形式示出了计算系统(例如移动设备120)的一个实施例的图解表示，在其内部用于促使处理器执行本公开的方面和/或方法中的任何一个或多个(过程400或700)的指令集。还可设想的是可以利用多个计算设备(诸如移动设备120)或移动设备与虚拟现实耳机112的组合来实现特殊配置的指令集，其用于促使BVRS(诸如BVRS 100或300)执行本公开的方面和/或方法中的任何一个或多个。
系统800还可以包括经由总线812与其它组件通信的存储器808。总线812可以使用各种总线架构中的任何一个包括多个类型的总线结构中的任何一个，包括但不限于存储器总线、存储器控制器、外围总线、本地总线及其任何组合。
存储器808可以包括各种组件(例如，机器可读介质)，包括但不限于随机存取存储器组件(例如，静态RAM“SRAM”、动态RAM“DRAM”等)、只读组件及其任何组合。在一个示例中，可在存储器808中存储基本输入/输出系统816(BIOS)，包括帮助诸如在启动期间在系统800内的元件之间传输信息的基本例程。存储器808还可以包括(例如，存储在一个或多个机器可读介质上)体现本公开的方面和/或方法论中的任何一个或多个的指令(例如，软件)820。在另一示例中，存储器808还可以包括任何数目的程序模块，包括但不限于操作系统、一个或多个应用程序、其它程序模块、程序数据及其任何组合。
系统800还可以包括存储设备824，诸如但不限于上文所述的机器可读存储介质。存储设备824可以通过适当接口(未示出)连接到总线812。示例性接口包括但不限于SCSI、高级技术附件(ATA)、串行ATA、通用串行总线(USB)、IEEE 1394(FIREWIRE)及其任何组合。在一个示例中，存储设备824(或其一个或多个组件)可以与系统800可去除地对接(例如，经由外部端口连接器(未示出))。特别地，存储设备824和关联机器可读介质828可以提供用于系统800的机器可读指令、数据结构、程序模块和/或其它数据的非易失性和/或易失性存储。在一个示例中，软件820可以完全地或部分地常驻于非临时机器可读介质828内。在另一示例中，软件820可以完全地或部分地常驻于处理器804内。
系统800还可以包括输入设备832。在一个示例中，系统800的用户可以例如使用输入设备208经由输入设备832向系统800中输入命令和/或其它信息。输入设备832的示例包括但不限于字母数字输入设备(例如，键盘)、定点设备、操纵杆、游戏键盘、音频输入设备(例如，扩音器、语音应答系统等)、光标控制设备(例如，鼠标)、触控板、光学扫描仪、视频捕捉设备(例如，静止相机、视频相机)、触摸屏及其任何组合。可以经由各种接口(未示出)中的任何一个将输入设备832对接到总线812，所述接口包括但不限于串行接口、并行接口、游戏端口、USB接口、FIREWIRE接口、到总线812的直接接口及其任何组合。输入设备832可以包括下面进一步讨论的触摸屏接口，其可以是显示器836的一部分或与其分开。可以利用输入设备832作为用于如上所述地在图像界面中选择一个或多个图形表示的用户选择设备。输入设备还可以包括传感器108和在本文中讨论的其它传感器或监视器。
用户还可以经由存储设备824(例如，可移动磁盘驱动、闪速驱动等)和/或网络接口设备840向系统800输入命令和/或其它信息。可以将网络接口设备(诸如网络接口设备840)用于将系统800连接到各种网络中的一个或多个(诸如网络844)以及被连接到那里的一个或多个远程设备848。网络接口设备的示例包括但不限于网络接口卡(例如，移动网络接口卡、LAN卡)、调制解调器及其任何组合。网络的示例包括但不限于广域网(例如，因特网、企业网)、局域网、电话网络、与电话/语音提供商相关联的、两个计算设备之间的直接连接及其任何组合。网络(诸如网络844)可以采用有线和/或无线通信模式。一般而言，可以使用任何网络拓扑。可以经由网络接口设备840向和/或从系统800传送信息(例如，数据、软件820等)。
系统800还可以包括用于向显示设备(诸如显示设备836)传送可显示图像的视频显示适配器852。显示设备的示例包括但不限于液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)、等离子体显示器、发光二极管(LED)显示器及其任何组合。除显示设备之外，系统800可以包括一个或多个其它外围输出设备，包括但不限于音频扬声器、打印机及其任何组合。此类外围输出设备可以经由外围接口856连接到总线812。外围接口的示例包括但不限于串行端口、USB连接、FIREWIRE连接、并联连接及其任何组合。
上文已公开并在附图中图示出示例性实施例。本领域的技术人员将理解的是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对在本文中具体地公开的内容进行各种改变、省略和添加。

Claims (20)

1.一种生物反馈虚拟现实系统，包括：
虚拟现实耳机，其具有用于用户的观看区域；
传感器，其能够产生指示用户的生理参数的信号；
便携式计算设备，其被耦合到所述虚拟现实耳机并被电子耦合到所述传感器，所述便携式计算设备能够接收信号并包括处理器和存储器，所述存储器包括多个虚拟现实环境和能够由所述处理器执行的指令集，所述指令包括：
基于信号来确定用户的精神状态；
向用户输送所述多个环境中的选定的一个；
基于所述确定来调整所述选定的一个，其中，所述调整采取设定与虚拟现实环境中的选定的一个相关联的多个初始条件的形式；
监视信号；以及
基于监视而改变所述多个环境中的所述选定的一个。
2.根据权利要求1所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述生理参数是RR间隔。
3.根据权利要求2所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述便携式计算设备接收信号并确定相干，所述相干影响改变。
4.根据权利要求2所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述传感器被包括在胸带监视器中。
5.根据权利要求2所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述传感器被包括在耳夹式监视器中。
6.根据权利要求1所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述虚拟现实耳机具有安装区域，所述安装区域被确定尺寸并配置成接纳所述便携式计算设备。
7.根据权利要求1所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述虚拟现实耳机和便携式计算设备被整体地连接，从而形成没有去除所述便携式计算设备的能力的单个单元。
8.根据权利要求1所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述指令集还包括提供呼吸指示符，所述呼吸指示符适合于提示用户朝着最优呼吸节律改变用户的呼吸节律。
9.根据权利要求8所述的生物反馈虚拟现实系统，还包括适合于监视用户的呼吸的呼吸监视器。
10.根据权利要求9所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述指令集还包括基于从所述呼吸监视器接收到的信息来校准呼吸指示符。
11.一种生物反馈虚拟现实系统，包括：
传感器，其能够产生表示用户的心率的第一信号并产生表示用户的心搏峰值之间的时间的第二信号；以及
虚拟现实设备，其包括耳机以及被耦合到所述虚拟现实耳机并被电子耦合到所述传感器的便携式计算设备，所述便携式计算设备能够接收信号并包括处理器和存储器，所述存储器包括多个虚拟现实环境和能够由所述处理器执行的指令集，所述指令包括：
基于第一信号和第二信号来确定用户的精神状态；
向用户输送所述多个环境中的选定的一个；
基于所述确定来调整所述选定的一个，其中，所述调整采取设定与虚拟现实环境中的选定的一个相关联的多个初始条件的形式；
监视第一信号和第二信号；以及
基于监视而改变所述多个环境中的所述选定的一个。
12.根据权利要求11所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述便携式计算设备接收所述信号和第二信号并确定相干，所述相干影响改变。
13.根据权利要求11所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述传感器被包括在胸带监视器中。
14.根据权利要求11所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述传感器被包括在耳夹式监视器中。
15.根据权利要求11所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述虚拟现实耳机和便携式计算设备被整体地连接，从而形成没有去除所述便携式计算设备的能力的单个单元。
16.根据权利要求11所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述指令集还包括提供呼吸指示符，所述呼吸指示符适合于提示用户朝着最优呼吸节律改变用户的呼吸节律。
17.根据权利要求16所述的生物反馈虚拟现实系统，还包括适合于监视用户的呼吸的呼吸监视器。
18.根据权利要求17所述的生物反馈虚拟现实系统，其中，所述指令集还包括基于从所述呼吸监视器接收到的信息来校准呼吸指示符。
19.一种根据用户的需要改善用户的精神状态的方法，所述方法包括：
提供虚拟现实设备和传感器，所述传感器能够发送表示用户的生理信息的信号，所述虚拟现实设备包括多个虚拟现实环境；
基于信号来确定用户的当前精神状态；
基于所述确定来设定所述多个虚拟现实环境中的选定的一个的初始状态；
提供呼吸指示符，所述呼吸指示符指示用户何时应尝试进行呼吸；
经由所述多个传感器来监视用户的精神状态；
基于所述监视而从初始状态调整所述多个虚拟环境中的选定的一个的状态。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，确定当前精神状态是从HRV分数导出的，所述HRV分数与用户的HRV循环成反比。
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