基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法及系统
技术领域
本发明属于焦虑障碍辅助训练技术领域,尤其是涉及一种基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法及系统。
背景技术
神经反馈技术作为生物反馈技术的分支,开发与上世纪六十年代,它通过将神经生理信号转换为容易被人们理解的形式、如声、光、电等形式,用户在接受训练的时候可以选择性地增强或抑制某一特征的神经生理信号,进而达到调节脑功能控制用户情绪的目的。
神经反馈训练技术的基本原理是:刺激信息引起感知觉进入大脑,经过大脑处理,传入电脑时经过特殊软件的同步处理,又进一步引发刺激信息的变化,再引发大脑的变化,如此循环往复,通过多次训练,选择性地强化或抑制某一频段的脑电波,达到改善的目的,该方法具有反馈性、非侵入等优点,自上世纪六十年代以来,在心身疾病的康复训练中开始广泛应用,研究表明,神经反馈训练疗法对焦虑障碍用户具有较好的辅助训练的效果。
向用户提供刺激信息的通常是通过营造可以唤醒用户焦虑情绪的环境,传统方法通过真实情景来营造需要的环境,存在较多的非预见性因素导致训练效果不佳,例如雷雨天气障碍,恐高障碍和幽闭障碍的用户会因为突然的雷雨天气、偶尔发生故障的电梯而被影响到,而且基于真实环境很难营造出再现性较低的氛围,令人恐惧的场景也不完全可控容易对用户造成二次伤害。
为了解决上述技术问题,人们提出了采用基于虚拟现实技术为用户营造虚拟的环境以排除一些非预见性因素和保证训练过程的安全,例如中国专利提出了一种基于VR技术的抑郁症辅助治疗虚拟场景系统及其实现方法[申请号:CN201710300341.4],包括下述步骤:S1、患者在保证安全的前提下,佩戴VR设备;S2、针对患者的具体情况,虚拟场景交互模块初步选择一套合适的虚拟场景;S3、患者与虚拟场景进行交互;S4、患者沉浸虚拟场景中,产生生理数据,通过精密设备对生理数据进行采集,并反馈至数据采集模块;S5、一段情节过后,询问患者是否需要继续交互,若接受,则返回步骤S3,若拒绝则进入步骤S6,在步骤S3-S4 过程中,患者可根据自身感受提前终止交互;S6、通过问答患者,数据分析模块记录患者的主观感受;S7、数据分析模块对患者的生理数据和主观感受进行分析;S8、通过得到的分析结果,对场景中的具体内容作出相应的修改和调整,用于优化虚拟场景。
上述方案虽然提出了采用VR技术对为用户提供虚拟场景的方案,但是仍然存在不足,例如在进行训练的过程需要完全依照脑电监测结果来进行训练,而目前的脑电检测技术经常会出现干扰的现象,若完全依照脑电检测结果来训练会导致训练效果不佳等问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题,提供一种基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法。
本发明的另一个目的是针对上述问题,提供一种采用上述方法的基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练系统。
为达到上述目的,本发明采用了下列技术方案:
本发明的基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法,包括以下步骤:
S1:根据用户的特定情况进入合适的虚拟现实场景,并不断监测用户的脑电信号;
S2:根据用户脑电信号判断用户是否已经开始出现恐惧心理,若没有则增加刺激强度,若有则执行步骤S3;
S3:进一步根据用户脑电信号判断用户是否感到极端恐惧,若没有则继续增加刺激强度,若有则执行步骤S4:
S4:提供放松训练或继续训练选项供用户选择,当用户选择放松训练的时候进入放松训练阶段,当用户选择继续训练的时候继续增加刺激强度。
在上述的基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法中,在步骤S1中,还包括为用户选择合适的脑功能网络模型;
在步骤S2中,通过以下方法确定用户是否开始出现恐惧心理:
将脑电信号进行滤波处理后基于对应的脑功能网络模型提取需要的时频域特征,将提取的时频域特征与正常情况下的时频域特征进行比较,当比较结果超过第一阈值的时候确定用户开始出现恐惧心理;
在步骤S3中,通过以下方法确定用户是否感到极端恐惧:
将提取的时频域特征与正常情况下的时频域特征进行比较,当比较结果超过第二阈值的时候确定用户感到极端恐惧。
在上述的基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法中,在步骤S4中,在放松训练结束的时候提供继续训练和结束训练选项供用户选择,当用户选择继续训练的时候继续增加刺激强度并重复步骤S3和S4;当用户选择结束训练的时候结束本次训练。
在上述的基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法中,在训练过程中还包括以下步骤:
为用户提供相应的任务情境并提示用户完成相应的任务;
在虚拟现实情境中提供切换继续训练模式和放松训练模式的切换键供用户随时切换;或者,在用户感到极端恐惧后,在虚拟现实情境中提供切换继续训练模式和放松训练模式的切换键供用户随时切换。
在上述的基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法中,在步骤S1中,所述的特定情况包括具有雷雨天气障碍、幽闭恐怖心理障碍、恐高障碍、飞行恐怖障碍和创伤后应激障碍中任意一种。
在上述的基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法中,在步骤S3中,当用户选择放松训练的时候提供能够使用户放松心情的情境元素使用户进入放松状态。
在上述的基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法中,在步骤B中,通过脑电信号检测仪获取脑电信号。
在上述的基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法中,所述的脑电信号检测仪包括脑电信号检测模块和连接于脑电信号检测模块的脑电信号采集模块,所述的脑电信号检测模块包括有用于接收脑电信号的电极模块,且该电极模块包括至少两个电极单元,每个电极单元均包括有用于接触于用户皮肤的干电极和连接于干电极的前置放大器,且多个电极单元之间通过金属屏蔽层相互隔离。
一种基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练系统,包括中央控制器和连接于中央控制器的虚拟现实设备和脑电信号检测仪,以及数据库,所述的中央控制器包括能够情境元素控制模块、恐惧心理判断模块和刺激强度控制模块,其中
虚拟现实设备,用于向用户展示虚拟现实场景并与用户进行交互;
脑电信号检测仪,用于采集用户的脑电信号;
数据库,用于存放场景库和情境元素;
情境元素控制模块,用于控制虚拟现实设备的虚拟现实场景中各种情境元素;
恐惧心理判断模块,用于根据脑电信号监测用户的恐惧心理情况并判断是否已经开始出现恐惧和恐惧心理是否以达到极端状态;
刺激强度控制模块,用于根据恐惧心理判断结果和用户的选择情况确定是否增加刺激强度。
在上述的基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练系统中,所述的中央控制器还包括任务情境分配和监控模块,其用于为用户提供任务情境以使用户在虚拟现实场景中完成相应的任务,同时监控用户的任务完成情况并在任务完成后将完成信息发送给中央控制器。
与现有的技术相比,本发明基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法及系统具有以下优点:1、基于虚拟现实提供场景,能够排除一些非预见性因素;2、能够提供难再现的情境,为辅助训练提供环境基础;3、使场景完全可控,最大程度保证用户安全; 4、系统与人为共同控制训练进度,能够避免完全依靠系统控制时出现电信号检测失误等问题,能够利用个人差异对恐惧的承受能力不同最大限度地刺激用户大脑,还能够避免完全依靠用户自主判断自己的恐惧程度无法达到真正的极度恐惧零界点导致训练效果不佳的问题。
说明书附图
图1是本发明的基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法的方法流程图;
图2是本发明脑电信号检测仪的结构框图;
图3是本发明电极模块的结构示意图;
图4是本发明针对恐高障碍者进行辅助训练的方法流程图;
图5是本发明基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法及系统的系统框图。
附图标记:中央控制器1;情境元素控制模块11;恐惧心理判断模块12;刺激强度控制模块13;任务情境分配和监控模块 14;虚拟现实设备2;脑电信号检测仪3;脑电信号采集模块31;脑电放大模数转换电路311;脑电信号检测模块32;电极模块33;电极单元34;干电极341;前置放大器342;金属屏蔽层35;数据库4。
具体实施方式
虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理,但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止,但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。当一个单元被称为“连接”或“耦合”到另一单元时,其可以直接连接或耦合到所述另一单元,或者可以存在中间单元。
这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指,否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是,这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在,而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示,本发明的基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练方法,包括以下步骤:
S1:根据用户的特定情况进入合适的虚拟现实场景,并不断监测用户的脑电信号,还包括为用户选择合适的脑功能网络模型;特定情况是指该用户因为何种原因需要辅助训练,也就是具有哪一种焦虑障碍,本实施例可以针对具有雷雨天气障碍、幽闭恐怖心理障碍、恐高障碍、飞行恐怖障碍和创伤后应激障碍等焦虑障碍患者提供合适的虚拟现实场景,例如,为雷雨天障碍用户提供雷雨天的环境,并在训练过程中逐渐加强雷雨强度;为幽闭恐惧心理障碍用户提供一个幽闭环境,并随着训练的进度逐渐减小环境的面积;为恐高障碍用户提供一个高空环境,并随着训练的进度逐渐增加高度或者使用户更加靠近高空环境的边缘;为飞行怖障碍用户提供一个飞行环境,并随着训练的进度逐渐增加用户在飞行过程中的震动和颠簸感等;为创伤后应激障碍用户提供导致其发生创伤的虚拟环境,例如为战争创伤的用户营造一个战争的氛围,并随着训练的进度逐渐加强模拟战争的声音效果和视觉效果。这里虚拟现实场景的各种场景模型和情境元素等均存储在数据库4中,中央控制器1可以根据具体需要调用相应的场景模型和情境元素等构建虚拟现实场景需要的内容。
S2:根据用户脑电信号判断用户是否已经开始出现恐惧心理,若没有则增加刺激强度,若有则执行步骤S3;具体通过以下方法确定用户是否开始出现恐惧心理:
将脑电信号进行滤波处理后基于对应的脑功能网络模型提取需要的时频域特征,将提取的时频域特征与正常情况下的时频域特征进行比较,当比较结果超过第一阈值的时候确定用户开始出现恐惧心理;
S3:进一步根据用户脑电信号判断用户是否感到极端恐惧,若没有则继续增加刺激强度,若有则执行步骤S4:具体通过以下方法确定用户是否感到极端恐惧:
将提取的时频域特征与正常情况下的时频域特征进行比较,当比较结果超过第二阈值的时候确定用户感到极端恐惧。
S4:提供放松训练或继续训练选项供用户选择,当用户选择放松训练的时候进入放松训练阶段,当用户选择继续训练的时候继续增加刺激强度,并且,当用户选择放松训练的时候提供能够使用户放松心情的情境元素使用户进入放松状态,放松心情的情境元素可以是可爱的小动物等。此外,放松训练或继续训练选项除了显示在虚拟现实情境中供用户选择,还可以显示在中央控制器1的控制界面中供操作人员选择。
优选地,为了提高用户的主观可控性,在虚拟现实情境中提供切换继续训练模式和放松训练模式的切换键供用户随时切换;或者,在用户感到极端恐惧后,在虚拟现实情境中提供切换继续训练模式和放松训练模式的切换键供用户随时切换,这时候,无论用户是选择继续训练还是放松训练,都提供切换键,当用户在放松训练的时候,用户可以随时切换回继续训练,不必等到放松训练结束,当用户在继续训练的时候,可以随时切换至放松训练以避免过度刺激,当然,该切换键同时也可以显示在控制界面中供操作人员控制。
进一步地,在步骤S4中,在放松训练结束的时候提供继续训练和结束训练选项供用户选择,当用户选择继续训练的时候继续增加刺激强度并重复步骤S3和S4;当用户选择结束训练的时候结束本次训练。
进一步地,为了使用户完全沉浸在虚拟现实环境中,在训练过程中还为用户提供相应的任务情境并提示用户完成相应的任务,增加刺激强度可以按照时间确定,也就是说不管任务是否还在继续,只要时间到了,就根据恐惧心理判断结果和/或用户选择情况确定是否增加刺激强度;或者,增加刺激强度按照任务的完成状态确定,也就是说每次在用户完成相应的任务后再根据恐惧心理判断结果和/或用户选择情况确定是否增加刺激强度。
这里的按照时间确定可以是连续性地,并且缓慢地增加刺激强度,就是说用户在执行任务的过程中不知不觉地增加刺激强度,也可以是阶段性地,例如,刺激强度增加一个级别,然后保持这个刺激强度3分钟,之后再增加刺激强度一个级别,再保持这个刺激强度3分钟,如此周而复始,直至监测到用户感到极端恐惧用用户手动选择进入放松训练模式。
具体地,本实施例通过脑电信号检测仪3获取脑电信号,且如图2和图3所示,本实施例脑电信号检测仪3包括脑电信号检测模块32和连接于脑电信号检测模块32的脑电信号采集模块 31,该脑电信号检测模块32又包括用于接收脑电信号的电极模块 33,且该电极模块33包括至少两个电极单元34,每个电极单元 34均包括有用于接触于用户皮肤的指状干电极341和连接于指状干电极341的前置放大器342,且多个电极单元34之间通过金属屏蔽层35相互隔离。采用指状干电极341,可在各种皮肤、毛发环境下,准确获取神经生物反馈信息,无需剔除毛发以及增加胶状介质,获取信号更便捷、准确;使用多干电极341的组合模块,为脑电采集提供足够多的反馈点位从而提高信号采集效果,此外,通过金属屏蔽层35将电极单元34之间相互隔离,并且在干电极 341的后端连接前置放大器342有效减少生物和环境噪声对脑电信号的干扰。
其中,电极模块33被固定在头戴模块上以通过头戴模块接触于用户头部,且一个头戴模块上固定有多个电极模块33以组成大区域电极模块33;脑电信号采集模块31包括具有多个脑电信号输入通道的脑电放大模数转换电路311,该脑电放大模数转换电路311的主控芯片采用TI公司的ADS1299芯片,此外,脑电放大模数转换电路311还包括有无线连接模块和有线连接模块,且无线连接模块包括连接于主控芯片的蓝牙模块,有线连接模块包括连接于主控芯片的USB接口,提供有线和无线两种可选的数据传输方式,能够兼顾不同采集要求并适应不同电磁干扰环境中的有效数据传输。
如图4所示,下面针对恐高障碍用户进行辅助训练的详细举例,需要说明的是投入使用时,针对恐高障碍用户的虚拟现实的模拟环境并不限于下列环境,任务也不限于下述的任务情境:
1、用户戴上相应的虚拟现实设备2,操作人员选择训练关数和训练强度;
2、虚拟现实设备2提供一个具有缓慢上升的升降台的虚拟现实环境,用户在该升降台上,其他周围环境根据其他情况提供,在此不具体说明;
3、在用户进入虚拟现实环境中后提供打气球的任务,同时不间断接收用户的脑电信号并监测用户的恐惧心理,用户通过操作手柄执行打气球任务,同时判断用户是否开始感到恐惧,并且在用户感到恐惧之前持续升高高度和/或拉近用户与升降台边缘的距离;
4、在用户开始感到恐惧之后,开始判断用户是否已感到极端恐惧,并且在用户感到极端恐惧前继续上升高度和/或拉近用户与升降台边缘的距离,同时继续执行打气球任务;
7、在判断到用户感到极端恐惧的时候,检测到用户选择进入放松训练时进入放松训练,检测到用户选择继续训练的时候继续持续并缓慢地上升高度和/或拉近用户与升降台边缘的距离,并不间断检测用户的恐惧状态,同时提供切换键;
8、在继续训练中,当用户通过切换键切换继续训练至放松训练后进入放松训练状态;在放松训练中,当用户通过切换键切换放松训练至继续训练后继续上升高度和/或拉近用户与升降台边缘的距离,重复该步骤直至结束训练。
进一步地,如图5所示,本实施例还公开了一种基于虚拟现实技术的焦虑障碍用户辅助训练系统,包括中央控制器1和连接于中央控制器1的虚拟现实设备2和脑电信号检测仪3,以及数据库4,中央控制器1包括能够情境元素控制模块11、恐惧心理判断模块12和刺激强度控制模块13,其中,
中央控制器1,控制程序的存储介质,主要用于控制训练进度,并在训练结束后将训练后数据通过网络上传至数据库4进行保存,便于实时跟踪反馈训练和后期评估训练效果等;
虚拟现实设备2,用于向用户展示虚拟现实场景并与用户进行交互,本实施例的虚拟现实设备2可以采用HTC Vive Pre头显与配套主机,其主要包括头戴式显示器、操作手柄和Lighthouse 定位传感器,该款设备具有较强图形处理功能,并提高丰富的软件和硬件接口,可以与中央控制器1及脑电信号检测仪3很好的融合并进行数据交互;
脑电信号检测仪3,用于采集用户的脑电信号,本实施例的脑电信号检测已采用改进的高精度脑电信号检测仪3,改进部位前面以讲述在此不进行赘述;
数据库4,用于存放场景库和情境元素,训练数据等内容;
情境元素控制模块11,用于控制虚拟现实设备2的虚拟现实场景中各种情境元素;
恐惧心理判断模块12,用于根据脑电信号监测用户的恐惧心理情况并判断是否已经开始出现恐惧和恐惧心理是否以达到极端状态;
刺激强度控制模块13,用于根据恐惧心理判断结果和用户的选择情况确定是否增加刺激强度。
进一步地,所述的中央控制器1还包括任务情境分配和监控模块14,其用于为用户提供任务情境以使用户在虚拟现实场景中完成相应的任务,同时监控用户的任务完成情况并在任务完成后将完成信息发送给中央控制器1,由中央控制器1将任务完成情况发送给数据库4进行保存同时控制进入下一任务。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了中央控制器1;情境元素控制模块11;恐惧心理判断模块12;刺激强度控制模块13;任务情境分配和监控模块14;虚拟现实设备2;脑电信号检测仪3;脑电信号采集模块31;脑电放大模数转换电路311;脑电信号检测模块32;电极模块33;电极单元34;干电极341;前置放大器342;金属屏蔽层35;数据库4等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。