CN110325112A - 使用虚拟现实疗法修改生物测定活动的系统和方法 - Google Patents

使用虚拟现实疗法修改生物测定活动的系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供了使用虚拟现实内容作为用户的心理、精神或医疗状况的治疗处理的系统和方法。系统可以包括用于向用户显示VR内容的VR装置和用于在暴露于VR内容之前、期间和/或之后监测用户的生物测定的一个或多个生物测定监测器。系统还可以包括处理器和用于分析用户的生物测定的一个或多个模块。方法可以包括以下步骤：测量用户的初始生物测定数据，将用户暴露于选择的VR内容，在暴露于VR内容期间和/或之后测量用户的生物测定数据，分析由选择的VR内容所产生的用户的生物测定数据的变化，确定选择的VR内容是否对用户的心理、精神或医疗状况产生积极影响。

Description

使用虚拟现实疗法修改生物测定活动的系统和方法
背景技术
国家精神卫生研究所(NIMH)发起的调查结果表明，有5600万美国成年人患有焦虑和抑郁。这些病症的综合经济影响每年超过2500亿美元。现在通常用各种药物治疗和/或心理治疗方案治疗这些病症。在药物治疗方案中，可以开具药物，例如氟西汀，其通常指的是商品名在心理治疗方案中，可以采用诸如认知行为疗法(CBT)的疗法。然而，这些药物治疗和心理治疗方案并非没有缺点。
使用药物治疗方案，在20-30％的病例中，药物的处方从未被填补。在高达50％的病例中，药物不按规定服用。原因可能包括副作用，延迟治疗反应，每日多剂量，患者教育不良，成本，获取和其他各种原因。
使用心理治疗方案，缺点可能包括(1)认知方案中固有的自我关注可能超出某些个体的能力，并且对其他人来说过于恐吓或痛苦，(2)不依从疗程间的“认知”家庭作业，以及(3)不同程度的改变或解决问题的意愿。
因此，需要新方案来治疗心理和精神状况，例如焦虑，抑郁和恐惧症，以及疼痛控制。
发明内容
本发明一般涉及在患者的心理、精神或其他医疗状况的治疗性治疗中使用虚拟现实(“VR”)，增强现实(“AR”)和/或混合现实(“MR”)内容的系统和方法。本发明一般还涉及用于向用户提供特定VR和/或AR内容作为治疗处方以实现与情绪、心理和/或精神状态关联的用户生物测定的积极变化的系统和方法。
根据一个实施例，本发明的系统和方法可以配置成提供实现VR体验，环境和故事的新治疗方法，其定制成使用户的脑波和其他生物测定远离与焦虑，抑郁和/或其他心理或精神状况关联的模式，并朝向与放松，积极情感和亲社会情绪状态关联的模式移位。在这样的实施例中，系统和方法可以配置成始终提供用户的生物测定数据朝向与用户的情绪或身体状态的积极变化关联的期望生物测定数据模式(例如EEG脑波变化，血压变化，心率变化等)的移位。例如，如果VR内容体验设计成产生放松响应，则本发明的系统和方法可以配置成提供生物测定数据移位-例如EEG脑波变化-其指示与应激反应关联的脑区域(如扣带皮层)中的激活的减少以及减轻应激的主观感觉。一方面涉及一种基于脑赫兹的百分比移位进行内容分类的方法。
根据一个实施例，本发明的系统和方法可以配置成通过使用脑波分析软件将数据分析为定量EEG(Qeeg)数据来分析用户的EEG型生物测定数据。可以在暴露于某些VR内容期间和/或之后测量用户的EEG型生物测定数据，并且与用户的先前测量的EEG型生物测定数据进行比较，以产生用户的脑的某些区域中的特定脑波类型(即，α，δ，θ等)的变化的z评分。然后z评分可以用于识别用户的EEG型生物测定数据的统计学显著变化(例如通过识别大于或等于1.0的z评分)。
根据一个实施例，本发明的系统可以包括VR头戴机，VR内容数据库模块，生物测定参考数据库模块，一个或多个生物测定监测器以及配置有用于控制所述系统的操作的编程的处理器。所述系统可以配置成通过所述VR头戴机向用户或患者提供从所述VR内容数据库模块选择的VR内容。所述系统还可以配置成在向用户提供选择的VR内容之前，期间和/或之后测量和记录来自用户的特定生物测定数据。所述系统还可以配置成分析记录的生物测定数据以确定与选择的VR内容对应的用户的生物测定数据的变化，以确定选择的VR内容是否对用户的情绪、心理和/或精神状态提供积极的治疗效果。
本发明还涉及一种或多种使用VR内容作为用户的治疗的方法。根据本发明的一个实施例，所述方法可以包括以下步骤中的一个或多个：(i)在暴露于选择的VR内容之前测量和记录用户的初始生物测定；(ii)创建与用户的初始生物测定数据对应的用户的基线生物测定数据集；(iii)选择第一VR内容并向用户提供所述第一VR内容以使用户暴露于第一VR环境和体验；(iv)在暴露于所述第一VR内容期间和/或之后测量和记录用户的生物测定；(v)创建与由暴露于所述第一VR内容而产生的用户生物测定数据对应的用户的第一生物测定数据集；以及(vi)将所述用户的第一生物测定数据集与所述用户的基线生物测定数据集进行比较以确定所述第一VR内容是否对用户具有积极的治疗效果。
本发明的方法还可以配置成识别与所述第一VR内容的曝光对应的用户的生物测定数据的变化，并且确定识别的生物测定数据的变化是否超过一个或多个限定的阈值要求。本发明的方法还可以配置成如果超过限定的阈值要求则继续提供所述第一VR内容，并且配置成如果未超过限定的阈值要求则修改所述第一VR内容并且将修改的VR内容提供给用户。
从附图的优选实施例的以下详细描述将显而易见本发明的其他方面和优点。
附图说明
附图形成说明书的一部分并且与其一起阅读，其中相同的附图标记用于表示各种视图中的相同或相似的部分，在附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的利用虚拟现实内容作为心理、精神或其他医疗状况的治疗的系统的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的利用虚拟现实内容作为心理、精神或其他医疗状况的治疗的方法的示意图和流程图。
图3是根据本发明的一个实施例的包括附加步骤的图2的方法的示意图和流程图；
图4是根据本发明的一个实施例的利用虚拟现实内容作为心理、精神或其他医疗状况的治疗的第二种方法的示意图和流程图。
图5是根据本发明的一个实施例的结合图4的方法使用的虚拟现实内容简档和生物测定数据阈值要求的示意图。
图6A是在第一病例研究期间拍摄的脑图像；
图6B是在第一病例研究期间拍摄的脑图像；
图7A是在第二病例研究期间拍摄的脑图像；
图7B是在第二病例研究期间拍摄的脑图像；
图7C是在第二病例研究期间拍摄的脑图像；
图7D是在第二病例研究期间拍摄的脑图像；
图8A是在第三病例研究期间拍摄的脑图像；
图8B是在第三病例研究期间拍摄的脑图像；
图8C是在第三病例研究期间拍摄的脑图像；以及
图8D是在第三病例研究期间拍摄的脑图像。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明，其中相同的附图标记始终表示相同的部分。为了清楚地说明本发明的特征，在附图中不一定保持元件的比例关系。应当理解，附图中包括的任何尺寸仅作为示例提供，并且除了其中提供的尺寸之外的尺寸也在本发明的范围内。
本发明的以下详细描述参考可以实施本发明的具体实施例。实施例旨在充分详细地描述本发明的各方面，以使本领域技术人员能够实践本发明。可以在不脱离本发明的范围的情况下利用和改变其他实施例。本发明由所附权利要求限定，并且因此，该描述不应被视为具有限制意义，并且不应限制这些权利要求所赋予的等同物的范围。
本发明一般涉及在患者的心理、精神或其他医疗状况的治疗中使用虚拟现实(“VR”)，增强现实(“AR”)和/或混合现实(“MR”)内容的系统和方法。本发明一般还涉及用于向用户提供特定VR和/或AR内容作为治疗处方以实现与情绪、心理和/或精神状态关联的用户生物测定的积极变化的系统和方法。本发明的系统和方法可以配置成提供VR，AR和/或MR体验，环境和故事，其专门定制成使用户或患者的特定生物测定远离与焦虑，抑郁和/或其他心理或精神状况关联的模式并朝向与放松，积极情感和亲社会情绪状态关联的模式移位。
图1示出了根据一个实施例的系统10的示意图，所述系统配置成向患者或用户提供VR，AR和/或MR内容，并且分析由提供的VR，AR和/或MR内容产生的患者或用户的生物测定。系统10还可以配置成结合一种或多种方法使用，用于在特定心理、精神或其他医疗状况的治疗中使用VR/AR/MR内容，如下面更详细描述。本发明的前述描述单独涉及结合本文公开的系统10和方法100和200的虚拟现实(VR)部件和概念的使用；然而，应当认识到，增强现实(AR)和混合现实(MR)部件和概念可以适当地用于代替VR部件和概念或与其组合。如图1中所示，系统10可以包括处理器12，VR装置14，VR内容数据库模块16，生物测定参考数据库模块18，和/或一个或多个生物测定监测器22-30，如图1中示意性所示。还如图1中所示，系统10还可以包括患者生物测定数据库模块20，用于存储根据本发明的某些实施例的系统10的一个或多个患者或用户的生物测定数据。
处理器12可以是任何合适类型的计算机处理器，其配置用于执行一组或多组编程指令并且发送，接收，处理和/或存储各种类型的数据和信息。根据本发明的一个实施例，处理器12可以包括具有编程指令的应用程序，当由处理器12执行时，所述编程指令使系统10执行用于发送，接收，处理和/或存储各种类型的数据和信息的一个或多个步骤和/或程序，如下面更详细描述。处理器12可以配置成与VR内容数据库模块16通信，以便基于与患者或用户关联的确定参数或指令来访问和发送VR内容。处理器12可以配置成与生物测定参考数据库模块18通信，以便访问和利用生物测定数据以及用于分析和处理由系统10接收的患者的生物测定数据的算法。处理器12还可以配置成接收和处理来自监测器22-30并与患者或用户关联的生物测定数据。
VR装置14可以配置为任何合适类型的虚拟现实装置，包括但不限于本领域公知的虚拟现实装置。根据一个实施例，VR装置14可以配置成佩戴在用户眼睛上的头戴机，如一对眼镜。头戴机可以阻挡外部光线并在眼睛前方的一个或多个屏幕上显示视觉表示或图像。视图可以是完全或部分沉浸式的，从而在观察者选择的任何方向上提供变化的视野。VR装置14可以耦联到与所选VR内容关联地提供的故事，声音和/或音乐，从而增强用户的视觉沉浸式体验。与VR内容关联的沉浸式媒体可以是单视场或立体360度视频或通过各种心理生理学监测方法评估的计算机生成环境，包括但不限于心率变异性，肌张力，皮肤电导和脑电图(EEG)。
VR内容数据库模块16可以配置为任何合适的存储部件并且可以存储处理器12可访问的多个不同的VR内容。取决于特定实施例，VR内容数据库模块16可以包括包含多个分类的VR内容的参考库，所述分类的VR内容基于内容对某些情绪、心理精神和/或其他医疗状况的治疗效果进行标记和组织。数据库模块16还可以配置为可搜索的数据库，处理器12可以查询所述可搜索的数据库以从存储在模块16中的多个VR内容选择期望的或适当的VR内容。
传感器或监测器22-30可以配置成在用户通过系统10参与所选VR内容之前，期间和之后监测，记录和/或收集患者或用户的某些类型的生物测定数据。根据一个实施例，系统10包括用于监测用户的EEG活动的脑电图(EEG)监测器22。脑计算机接口(BCI)或EEG监测器22可以配置为EEG头带或EEG电子帽，其放置在系统10的用户的头部上或周围。EEG头带或帽可以包括设计用于测量脑波活动的多个电极。EEG头带或帽可以经由线带附接到FDA批准的放大器，所述放大器监测和记录用户的脑的电活动。EEG监测器22还可以配置为脑计算机接口，例如但不限于由Muse，Emotiv和Neurable开发的那些。取决于特定实施例，EEG监测器22可以配置成监测一个或多个脑波频率，包括但不限于脑的一个或多个选定区域中的α，β，δ，γ和θ。在任何时候都不会向用户传递电活动，原因是该监测器22只是一种记录技术。除了佩戴EEG头带或帽可能引起的轻微不适之外，对用户没有风险。
系统10还可以包括多个附加监测器，用于监测和记录与系统10有关的用户的附加生物测定数据，包括但不限于：配置成监测用户的心率变异性的心率监测器24；配置成监测用户的呼吸模式的呼吸传感器26；配置成监测用户的血压的血压监测器28；以及配置成监测用户的外部温度的变化的皮肤电导和温度监测器30。
系统10可以与用户结合使用，以便从VR内容数据库模块16提供VR内容并通过监测器22-30监测用户的生物测定数据。可以通过使用户装配VR装置14和监测器22-30来利用系统10。处理器12可以配置成与VR内容数据库模块16通信以接收选择的VR内容，并且然后将选择的VR内容传输到VR装置14。通过VR装置14，选择的VR内容可以向用户提供VR环境和体验。在通过VR装置14向用户提供所选VR内容之前，期间和/或之后，处理器12可以配置成经由监测器22-30监测和记录用户的生物测定作为生物测定数据。作为参考，本文提到的用户的生物测定可以包括但不限于EEG读数(包括脑波的一个或多个频率)，心率，血压，呼吸模式以及皮肤温度和电导。处理器12还可以配置成分析记录的生物测定数据。作为分析的一部分，处理器12可以配置成将数据传输到生物测定参考数据库18和/或查询数据库18以寻找配置用于处理数据的算法和程序，从而评估影响用户的心理或精神状况的数据的变化作为通过VR装置14提供给用户的所选VR内容的结果。根据本发明的一个实施例，处理器12可以包括包含编程指令的应用程序，当由处理器12执行时，所述编程指令使系统执行上述步骤和程序。
关于系统10，本发明还涉及一种用于通过选择的VR内容来治疗患者的心理、精神或医疗状况的方法100。方法100可以配置成向患者提供目标VR内容，其将患者暴露于旨在产生通过患者的特定生物测定参数的变化测量的情绪，意识和心理和精神状态的积极变化的特定VR环境或体验。方法100还可以配置成分析来自患者的生物测定数据以确定提供的VR内容是否对患者具有期望的效果，如通过患者的生物测定的变化测量，和/或在未实现期望的效果的情况下提供不同的VR内容。
如图2中示意性所示，方法100可以在步骤102开始，其中测量并记录患者的初始生物测定。如上所述，为患者记录的生物测定可以包括EEG读数，心率，血压，呼吸率和皮肤温度等。在步骤102记录的患者的初始生物测定数据可以对应于在暴露于所选VR内容之前患者的生物测定读数。可以使用监测装置(例如上述系统10的生物测定监测器22-30)来测量初始生物测定数据。在步骤104，可以基于在步骤102记录的初始生物测定数据为患者创建基线生物测定数据集。
在创建基线生物测定数据集之后，可以在步骤106选择第一VR内容并将其提供给患者。第一VR内容可以通过VR装置(例如VR装置14)提供给患者并且可以将患者暴露于第一VR环境和体验。根据本发明的某些实施例，基于选择的一组标准来选择第一VR内容，以便治疗患者的特定心理、精神或医疗状况或引起与特定心理、精神或医疗状况关联的患者生物测定的期望变化。VR内容可以包括任意数量的不同部件或特征，包括但不限于视觉刺激，颜色，光照，移动，相机角度，声音，音乐，语音，步调，定时，角色，故事线和脚本，其旨在影响患者的情绪、心理和/或精神状态。
在步骤108，可以在暴露于第一VR内容期间和/或之后以与步骤102类似的方式测量和记录患者的生物测定。在该步骤108期间，取决于方法100的特定实施例，可以以预定间隔连续测量或测量或仅在第一VR内容完成之后测量患者的生物测定。在步骤110，可以基于在步骤108期间测量的生物测定数据(并且对应于患者对第一VR内容的暴露)为患者创建第一生物测定数据集。
在步骤112，可以分析基线生物测定数据集和患者的第一生物测定数据集以确定第一VR内容对与心理、精神或其他医疗状况关联的患者生物测定的影响。根据一个实施例，在步骤112，将患者的第一生物测定数据集与患者的基线生物测定进行比较以确定患者的生物测定数据的变化，如下面更详细描述。
转到图3，除了步骤102至112之外，方法100可以在本发明的某些实施例中包括附加步骤。如图3中示意性所示，在步骤112之后，根据一个实施例，方法100还可以包括在步骤114选择并向患者提供第二VR内容以使患者暴露于第二VR环境和体验。在步骤116，可以以与步骤102和108类似的方式在暴露于第二VR内容期间和/或之后测量和记录患者的生物测定。在步骤118，可以基于在步骤116期间测量的患者的生物测定数据创建患者的第二生物测定数据集。在创建第二生物测定数据集之后，可以在步骤120对其进行分析并与患者的第一生物测定数据集和/或患者的基线生物测定数据集进行比较以确定第二VR内容对与心理、精神或其他医疗状况关联的患者的生物测定的影响。
如图3中进一步所示，根据一个实施例，方法100还可以包括步骤122，其中基于步骤120的分析确定第二VR内容与第一VR内容相比是否实现患者的生物测定的更积极的变化。第一和第二VR内容可以通过特定内容中包括的视觉刺激，颜色，光照，移动，相机角度，声音，音乐，语音，步调，定时，角色，故事线和脚本来改变。
图4提供了根据本发明的用于向用户提供VR内容作为治疗内容的第二方法200的示意图。方法200可以与系统10或任何其他合适的系统一起使用，所述系统配置成向用户提供特定的VR内容并且分析与指定的VR内容关联的用户的生物测定以实现用户的情绪、心理和/或精神状态的积极变化。如图4中所示，方法200可以通过识别用户的基线生物测定数据集在步骤202开始。基线生物测定数据集可以对应于在暴露于所选VR内容之前通过监测装置或传感器(例如系统10中的监测器22-30)测量和记录的用户的初始生物测定。在步骤202之后，在步骤204向用户提供选择的VR内容以使用户暴露于选择的VR体验和环境。可以基于要为用户解决的情绪、心理和/或精神状态的特定类型来选择选择的VR内容。根据一个实施例，从包含多个VR内容的库数据库选择所选VR内容，所述VR内容基于内容影响某些类型的情绪、心理和/或精神状态的积极变化的能力而分类。选择的VR内容可以包括声音，虚拟，增强或混合现实体验，香气，触觉，前庭音频或其他振动。
如图4中进一步所示，在步骤206，在用户暴露于选择的VR内容时和/或在选择的VR内容完成之后，测量并记录用户的生物测定数据。取决于本发明的特定实施例，可以在步骤206期间连续地或以预定间隔记录用户的生物测定数据。然后在步骤208，通过将在步骤206记录的用户的生物测定数据与用户先前记录的生物测定数据和/或用户的基线生物测定数据集进行比较来计算用户生物测定数据的变化。在步骤208计算的用户生物测定数据的变化设计成反映用户对当前选择的VR内容的生物测定反应，如下面更详细所述。
然后在步骤210，确定在步骤208计算的用户生物测定数据的变化是否超过特定阈值要求。特定阈值要求可以基于旨在由所选VR内容解决的治疗反应的特定类型来确定，并且可以对应于用户的特定生物测定的统计学显著变化，如图5所示并且在下面更详细地描述。
如图4中所示，如果在步骤210确定对应于当前所选VR内容的用户生物测定数据的变化超过阈值要求，则该方法前进到步骤212，并且当前选择的VR内容继续提供给用户。在步骤212之后，该方法循环回到步骤206，并且在选择的VR内容期间和/或之后再次测量和记录用户的生物测定数据，并且重复步骤206至210。
然而，如果在步骤210确定对应于当前选择的VR内容的用户生物测定数据的变化不超过阈值要求，则该方法前进到步骤214。在步骤214，向用户提供修改的所选VR内容代替先前选择的VR内容。取决于本发明的特定实施例，修改的所选VR内容可以包括以下修改中的一个或多个。
-可以生成通知并在当前选择的VR内容内提供给用户。通知可以是视觉或音频通知，其向用户通知所选VR内容的当前状态和用户的生物测定数据和/或向用户提供暗示或鼓励。
-当前选择的VR内容可以暂时暂停或减慢持续预定的时间间隔和/或直到满足特定标准。
-可以调节当前选择的VR内容的一个或多个特征以便改变用户的VR体验和/或环境。取决于特定实施例，对VR内容的调节可以配置成改变包括在当前选择的VR内容内的视觉刺激，光照，移动，相机角度，声音，音乐，语音，步调，定时，角色，故事线和脚本。
-当前选择的VR内容可以用新选择的VR内容替换。新选择的VR内容可以包括基于旨在为用户解决的情绪、心理和/或精神状态的类型从包含多个VR内容的库数据库选择的全新或第二VR内容。
在步骤214向用户提供修改的所选VR内容之后，该方法然后可以返回到步骤206，并且可以在暴露于修改的所选VR内容期间和/或之后测量和记录用户的生物测定数据，并且重复步骤206至210。
本发明的方法100和方法200的一个目的是提供实现VR体验，环境和故事的新治疗方法，其定制成使用户的脑波和其他生物测定远离与焦虑，抑郁和/或其他心理或精神状况关联的模式并且朝向与放松，积极情感和亲社会情绪状态关联的模式移位。如果受试者始终如证明其生物测定数据朝向期望的生物测定数据模式的移位(例如EEG脑波变化，血压变化，心率变化等)，并且主观地报告与期望效果一致的情绪或身体状态的变化，则特定VR内容体验将被确定为针对性的治疗干预。例如，如果VR内容体验设计成创建放松响应，则如果存在生物测定数据移位(例如EEG脑波变化)，其指示与应激响应关联的脑区域(例如，扣带皮层)中的激活减少以及减轻压力的主观感觉，则认为是成功的。
如果不能始终实现期望的脑波模式和/或主观感觉状态，则改变视觉刺激，颜色，步调，语音，声音，故事线，角色，相机角度，定时，脚本或移动以便引发反映期望结果的脑状态。另外，可以将经验混合在一起以实现如上述方法100和200的步骤中提供的期望的脑模式。
还如上所述，结合本发明的方法100和200测量的生物测定可以包括EEG(脑波活动)，血压，皮肤温度，皮肤电导，呼吸率和心率变异性。为了识别对应于暴露于某些VR内容的用户的生物测定数据的积极变化，可以分析在用户暴露于VR内容之前，期间和/或之后测量的用户的生物测定数据。如在上述方法100中的步骤112和120和方法200中的步骤208和210所提供的，可以通过比较在暴露于VR内容期间和/或之后测量的生物测定数据与在暴露于VR内容之前测量的生物测定数据来分析用户的生物测定数据以识别特定类型的生物测定数据的变化。如在方法200中在步骤212-214进一步提供的，当通过分析用户的生物测定数据确定VR内容未提供用户的生物测定数据的期望变化时，可以修改或改变VR内容以提供更多合适的VR内容。类似地，参考步骤112和120的方法100还可以包括以下的一个或多个：(i)将第一数据集中的EEG生物测定数据(即，脑波模式)与基线数据集(或具有第一数据集的第二数据集)中的脑波模式进行比较，其中脑波模式可以包括β，α，θ和δ脑波模式，(ii)分析第一数据集或第二数据集的脑波模式在其中发生的患者脑内的位置，以及(iii)通过将患者暴露于第一环境的附加情况来连续或周期性地修改患者的脑波活动。
根据本发明的一个实施例，可以使用脑波分析软件(例如但不限于提供的脑波分析软件)将用户的EEG型生物测定数据的分析分析为定量EEG(Qeeg)数据。根据一个实施例，可以在暴露于VR内容期间和/或之后测量用户的EEG生物测定数据，并且与先前测量的用户的EEG生物测定数据进行比较，以产生脑的某些区域中的特定脑波类型(α，δ，θ等)的变化的z评分。通过使用sLORETA统计程序可以促进该过程。然后，可以使用针对各种Qeeg类型的脑波数据(即，α，δ，θ等)的z评分的产生来定量地识别用户的EEG生物测定数据中的有意义的变化。例如，z评分变化等于或大于1.0z评分/标准差可以被分类为统计学显著的。可以以类似的方式分析其他类型的生物测定数据，例如呼吸率，心率，血压等，以识别由于暴露于选择的VR内容而导致的用户生物测定数据的统计学显著的z评分变化。
根据一个实施例，作为暴露于所选VR内容的结果在用户的生物测定数据中识别的z评分变化可以用于确定所选VR内容是否对用户的情绪、心理或精神状态具有积极影响。已表明特定类型的生物测定数据的变化可以实现受试者的特定类型的情绪、心理或精神状态的变化。例如，δ，θ和αEEG脑波的增加水平通常与患者更平静和放松的状态有关。类似地，减小的血压，心率和呼吸率水平也与更平静和放松的状态有关。因此，当选择的VR内容的期望效果是将用户置于放松或压力减小状态时，本发明的系统和方法可以配置成识别统计学显著的z评分变化，其指示用户的δ，θ和αEEG水平的增加以及血压，心率和呼吸率生物测定数据水平的显著减小。当在暴露于所选VR内容期间识别出这些显著变化时，该VR内容提供治疗响应以实现用户的情绪、心理或精神状态的积极变化。
如上所述的用户的生物测定数据的分析还可以用于产生特定阈值要求，用于识别特定VR内容是否对用户的情绪、心理或精神状态实现期望的影响并且确定用户的生物测定数据的变化是否超过在方法200中使用的这样的阈值要求。可以基于用户的期望的情绪、心理或精神响应来确定在方法200的步骤210使用的阈值要求。选择的VR内容可以具体配置成引起与放松，专注，同理心，冷静，正念关联的用户生物测定数据的变化。已表明这些各种类型的反应引起用户的情绪、心理或精神状态，以及因此通过本发明的方法100或200提供给用户的VR内容的变化，并且可以基于用户对VR内容的期望类型的反应来对VR内容产生的用户的生物测定数据的变化的分析进行分类。
例如，图5示出了可以结合方法100和200使用的根据本发明的五种不同类型的神经冥想方式简档。这些神经冥想方式可以包括减压/减轻疼痛300；正念302；专注304；坦率306和心灵宁静306。这些神经冥想方式可以用于对VR内容进行分类，使得可以结合本发明的方法100和200基于用户的治疗偏好来选择特定的VR内容。还如图5中进一步所示，可以基于VR内容的特定神经冥想方式确定方法200中的步骤210的阈值要求，确定是否正在实现用户的情绪、心理或精神状态的期望变化。
示例性病例研究
上面描述并在图2-4中示出了根据方法100和200的本发明的应用，并且现在将关于三个病例研究概要描述其他各个方面。
病例研究#1-虚拟现实冥想：脑波活动和心率变异性的变化
讨论与意识状态相关的脑波的热门文章通常通过表明有四种类型的脑波来简化问题：δ，θ，α和β。δ，θ和α都可以被认为是“慢”脑波。当它们占主导时，脑通常处于更放松或安静的状态。β和比β快的脑波，例如高β或γ，可被视为“快”脑波。当这些占据主导时，脑就会活跃并参与。我们需要这些脑波灵活，流畅，随着我们给脑的任务而变化和改变。例如，当需要休息的时候，我们预期慢脑波会增加并且快速脑波会减少。当我们平衡支票簿或作出重要决定时，我们预期相反的模式。
通过在特定任务或体验之前和之后测量脑波(即，生物测定数据)，可以确定脑如何受到影响。在这样做时，分析可以帮助确定脑是否变得更加警觉和唤醒，或者更加放松和安静。
为了确定当某人参与虚拟现实冥想时脑如何响应，可以使用定量EEG生物测定数据(Qeeg)技术。
在第一病例研究中，志愿受试者首先通过让他们观看两个不同的StoryUPTM沉浸式故事面向虚拟现实。在面向之后，获得使用19通道EEG系统的他们的脑波(即，生物测定数据)的基线测量。然后，志愿受试者参与自然体验中的四分钟正念(即，选择的VR内容)，其后再来一次脑波(即，生物测定数据)。
总体而言，结果表明在体验短暂的VR内容冥想之后脑显著平静，其通过快活动(γ)的减少和慢活动(θ和α)的增加来测量。鉴于相对短暂的冥想，这本身就令人印象深刻。也许更重要的是，受VR内容冥想影响的特定脑区域的分析表明涉及应激反应的脑区域是受影响最严重的区域。
产生显示暴露于VR内容之后志愿受试者的脑中的变化的三维脑图像。作为参考，较冷的颜色(蓝色)表示测量的活动减少，而较亮的颜色(黄色，橙色，红色)表示活动增加。图6A示出了前扣带中的快脑波活动(例如，γ)。蓝色表示在冥想期间快脑波活动显著减少。图6B示出了脑的楔前叶区域中的慢脑波活动(例如，α)。黄色表示在冥想期间增加的慢脑波活动。
通过蓝色的出现识别前扣带中的快脑波活动(例如，γ)，表示在VR内容冥想期间γ活动显著减少。这很重要，因为在压力和焦虑期间或当受试者专注于思想，情感或行为时，脑的该部分经常会过度激活。通过帮助该区域放松，脑正在转变为更放松，更和平的状态。
随后检查志愿受试者的慢脑波活动。特别地，检查了脑的楔前叶区域中α脑波活动的特定识别。附加检查表明脑的楔前叶区域中的脑波活动(例如，α)增加缓慢。脑的该部分是脑默认模式网络(DMN)的中心。当DMN更安静时，如这里发生的，这表明受试者没有在考虑自己(或者他们的担忧)，这正是我们希望在该体验期间看到的。
本病例研究的这些结果提供了初步证据，表明此类技术可对压力响应产生近乎直接的影响。
病例研究#2-虚拟现实正念冥想对脑的影响
在第二病例研究中，受试者是一名16岁男性，在轻度创伤性脑损伤后有焦虑史。在开始研究之前，受试者通过观看三分钟的VR新闻故事面向虚拟现实。
与在病例研究#1中一样，在受试者观看由StoryUPTM VR产生的自然VR体验(即，选择的VR内容)中的五分钟正念之前，期间和之后，使用EEG监测装置在19个通道中记录EEG生物测定数据。
当将体验期间的EEG生物测定数据与基线生物测定数据进行比较时，在δ脑波(1-4赫兹)中观察到最大变化。δ是最慢的脑波群集。δ的增加通常伴随着有意识思维的减少，或换句话说，“心灵的平静”。在δ频率范围内的VR内容冥想期间，受试者的EEG生物测定数据发生了若干变化。大多数变化发生在脑的前部和侧面。图7A示出了额区域的平静，这表明缺乏认知处理。更深入地进入脑，边缘结构显著地涉及该平静反应，如图7B中所示。这可能是重要的，因为边缘系统涉及情绪处理。
检查甚至更具体的结构，前扣带和岛叶都显示出δ活动的显著增加，如图7C和7D中所示。前扣带涉及注意力和情绪调节。岛叶涉及身体意识和情绪反应。这些区域的平静表明该受试者经历了这些区域的显著放松，这些区域在焦虑或应激反应期间经常过度激活。
这是第二病例研究，表明响应于经历基于VR的正念冥想(即，选择的VR内容)而减少的脑激活。这些结果表明，该技术可能是针对焦虑和/或压力相关问题的传统治疗方法的有用辅助手段。
病例研究#3-虚拟现实能否用于培养同理心和同情心？
在第三病例研究中，受试者是一名68岁的女性。与之前的病例研究一样，在受试者观看关于没有使用他们腿的赞比亚一群人的五分钟故事(即选择的VR内容)之前和之后，在19个通道中记录EEG生物测定数据。在故事中，这些人被提供手摇个人能量运输(PET)推车，允许他们多年没有体验的移动。故事由StoryUPTM VR创作并且设计成增加观众的同理心和同情心。完成EEG生物测定数据记录后，要求受试者写一些关于她在体验后感觉或想法的陈述。受试者写了以下列表：
悲
希望
绝望
感谢
同情
想要帮助
社群意识
当将体验后的EEG数据与基线数据进行比较时，在γ脑波(35-45hz)中观察到最大变化。γ代表最快的脑波，并且与认知处理的增加以及信息的综合相关。
关于在VR内容故事之后发生的生物测定数据的变化，存在明亮的颜色(黄色，橙色，红色)，表明在VR内容体验之后γ活动的显著增加。在观看VR故事后，该受试者表明脑左半球的γ活动显著增加。
如图8A中所示，这些增加主要见于朝向头部后部并且也沿着感觉运动条带的枕骨区域。这可能反映了视觉和身体导向处理的组合。由于它位于左半球，因此该受试者可能正在进行某种面向语言的处理，或许试图整合并理解刚刚体验的内容。
为了更详细地了解这些发现，使用sLORETA分析扩展分析以检查脑的更深层结构的变化。该分析揭示了舌回中显著增加的γ激活。
如图8B中所示，舌回中确定的变化支持了涉及某种程度的语言处理的观点。在处理故事时，受试者可能会进行某种程度的内部“谈话”。
如图8C中所示，还确定了左岛叶后部的激活增加。岛叶在情绪处理，同理心和内部身体状态(例如，心跳)的体验中很重要。该激活与受试者报告包括同理心，悲伤和希望在内的许多情绪状态的体验的一致。
如图8D中所示，还确定了左侧海马回的激活。该脑区域通常与记忆编码或检索关联。该激活很可能是由于受试者试图将她的体验与她从以前的体验和知识知道和理解的东西结合起来的结果。
本病例研究的结果表明，简短的VR内容体验既可以诱导同情心和同情心的主观感受，也可以激活在处理这些复杂情绪状态中重要的脑区域。这些初步结果提供了额外的证据，表明选择的VR内容可以用于帮助形成亲社会情绪状态。
虚拟现实的该治疗用途的方法与现有技术的不同之处在于，它正在操纵体验或故事以实现特定的生物测定数据变化模式(例如脑波模式，心率，呼吸率，血压等的特定变化)。在早已存在的应用中，这些处理的效果不按生物测定状态分类。现有技术也没有具体说明如何通过改变语音，音乐，视觉刺激，步调，脚本，相机角度或相机移动来改变生物测定模式或脑波模式。
VR内容分类
本发明还涉及用于结合本发明的方法100和200构造，分类和提供所选VR内容的方法和应用。治疗性VR内容可以通过其产生特定生物测定数据(例如，脑波频率)的幅度的百分比变化的能力来标记。就像视频通过可搜索的关键词来标记一样，选择的VR内容的沉浸式媒体体验可以通过与它们在统计上显著数量的个体中产生的情绪，意识状态或生物测定或脑波活动相关的关键词来标记。该内容可以包括声音，虚拟，增强或混合现实体验，香气，触觉，前庭音频或其他振动。如上所述，已表明特定VR内容体验导致生物测定和脑波模式的可预测变化。还如上所述，这可以通过将VR前生物测量数据与VR后生物测量数据进行比较来评估。
例如，关于EEG生物测定数据，可以使用分析软件或其他类似软件分析EEG(Qeeg)数据。系统具有称为Z-builder的特征，其允许将原始EEG文件转换为定量参考文件。可以将VR后(或VR期间)EEG数据与VR前参考文件进行比较，从而在每个受试者的每个感兴趣区域处产生每个变量的z评分变化。脑波值可以通过软件产生，该软件使用sLORETA统计程序计算多个感兴趣区域处的每个频带(例如，δ，θ，α等)的平均功率量。基于公认的研究，z评分变化等于或大于1.0z评分/标准差被认为是统计学显著的。因此，可以基于以各种特定方式(例如图5中所示的那些)一致地展示受试者的生物测定数据的显著变化的能力来产生VR内容体验。
根据本发明的一个实施例，可以创建VR内容的数据库(例如系统10中的VR内容数据库模块16)，并且其中的VR内容可以通过内容对特定生物测定的影响进行分类，就像药房一样。可以构建特定的VR内容以始终增加α(松弛)，减少β(焦虑)，或增加左额γ(积极性)，降低血压，增加呼吸，增加外周皮肤温度，减少皮肤电导，以及减慢心率。使用脑-计算机接口，心率，呼吸或血压监测器(例如系统10中的监测器22-30)，可以针对与特定关注(焦虑，抑郁，疼痛等)相关的模式评估用户的生物测定。基于这些结果，可以向用户提供专门设计成解决关注区域/生物测定模式的体验选择。例如，向展示某些类型的简档(例如减压/减轻疼痛300，正念302，专注304，心灵宁静306和坦率308)的用户推荐特定于这些简档的VR内容。
根据本发明的一个实施例，用户可以通过采取调查问卷和/或症状检查表开始，所述调查问卷和/或症状检查表配置成确定用户的特定目标/需求(例如减压，改善专注等)并识别最适合用户的特定类型的简档。该调查问卷和检查表可以包括由NeuroMeditationTM提供的NMSI或神经介入方式清单调查问卷/症状检查表或任何其他适当配置的调查问卷。关于本发明的方法100和200，该过程可以作为分别在步骤102或202之前进行的初始步骤提供。调查问卷可以由用户在具有凝视方向的VR头戴机内回答，或者在具有诸如移动电话或平板电脑的其他装置的VR头戴机外部回答。
取决于用户对问卷和/或症状检查表的响应，可以向用户提供设计成解决用户的特定目标/需求的VR内容库。VR内容还可以通过特定的神经冥想方式或简档(专注，正念，坦率，心灵宁静，深度状态)来分类。VR内容体验可以是被动的“观看者”体验和/或它们可以包括来自生物测定监测装置的输入以与诸如心率，血压或呼吸的体验交互。
根据本发明的一个实施例，某些VR内容可以与生物测定装置(例如系统10中的监测器22-30)一起使用以在VR内容体验内导入关于用户的生物测定的特定信息。如上所述，特定生物测定可以包括EEG(脑波数据)，血压，皮肤温度，皮肤电导，呼吸率和心率变异性。用户能够单独地或集体地在体验中看到他们的生物测定的表示。使用算法，可以将单个或组合的生物测定输出分配给所选VR内容的虚拟现实环境中的值，以使用户能够利用其生物测量活动(例如他们的脑波活动，血压，心率变异性，皮肤电导，皮肤温度，呼吸或这些测量的某种组合)来控制体验。可以设置生物测定输出以修改VR内容的体验的音量，光线，颜色，色调，深度，香气，声音，音高或纹理。另外，这些生物测定可以用于通过允许预定的生物测定值停止，开始，平移，倾斜，缩放，减慢或加速单视场或立体视频或音频剪辑来控制360视频播放器。
如上所述，根据用户对调查问卷/症状检查表的响应，用户能够从沉浸式VR内容体验库选择特定的VR内容，所述沉浸式VR内容体验已被证明始终影响指定的生物测定，焦虑水平，专注，坦率，开放性思维，血压，呼吸，心率或疼痛感，以及任何其他情绪、心理和/或精神状态。
根据本发明的一个实施例，在消费选择的VR内容体验之后，可以向用户显示生物测定变化的显示，向用户指示选择的VR内容体验对目标生物测定读数的影响。取决于特定实施例，这可以包括上述方法100和200内的附加步骤。例如，通过诸如Muse，Neurable或Emotiv的脑计算机接口(BCI)获得的脑活动测量，可以监测体验期间脑波活动的特定方面，并且显示内容干预是否有效改变目标脑区域。类似地，可以使用血压，心率，皮肤温度，皮肤电导，呼吸和/或其他生物监测器来确定内容是否对其预期效果有效。用户还能够重新采取症状清单以确定他们的主观感觉状态是否有任何变化。基于主观调查问卷和/或生物测定数据分析的结果，可以提供额外的VR内容选项以进一步实现期望的效果。如果VR内容干预有效，则用户还可以选择结束体验，继续观看其他VR内容或再次开始该过程。
从上述内容可以看出，本发明很好地适用于实现上文所述的所有目的和目标，以及显而易见且结构固有的其他优点。应当理解，某些特征和子组合是有用的，并且可以在不参考其他特征和子组合的情况下使用。这是预期的，并且在权利要求的范围内。由于可以在不脱离本发明的范围的情况下做出本发明的许多可能的实施例，因此还应当理解，在此阐述或在附图中示出的所有内容都应被解释为说明性的而非限制性的。
上面描述的和附图中示出的结构仅作为示例呈现，并且不旨在限制本发明的概念和原理。因此，已经示出并描述了新发明的若干实施例。从前面的描述显而易见的是，本发明的某些方面不受本文所示的示例的特定细节的限制，因此预期本领域技术人员将想到其他修改和应用，或其等同物。在前述说明书中使用的术语“具有”和“包括”以及类似术语在“可选的”或“可以包括”的意义上使用而不是“必需的”。然而，在考虑说明书和附图之后，本构造的许多改变，修改，变化和其他用途和应用对于本领域技术人员将变得显而易见。不脱离本发明的精神和范围的所有这些改变，修改，变化和其他用途和应用被认为是由本发明所涵盖，本发明仅受所附权利要求的限制。

Claims (20)

1.一种使用虚拟现实或增强现实体验作为治疗处理以改善用户的情绪、心理或精神状态的方法，所述方法包括以下步骤：
识别用户的初始生物测定数据，其中所述初始生物测定数据包括用户的EEG脑波活动；
至少部分地基于期望改善的情绪、心理或精神状态为用户选择虚拟现实内容；其中所述选择的虚拟现实内容包括虚拟现实环境、增强现实环境和混合现实环境中的至少一个；
向用户提供选择的虚拟现实内容；
在用户暴露于选择的虚拟现实内容期间和/或之后测量用户的生物测定数据；其中所述测量的生物测定数据包括在用户暴露于选择的虚拟现实内容期间和/或之后用户的EEG脑波活动；
计算与选择的虚拟现实内容对应的用户生物测定数据的变化；
确定用户生物测定数据的计算变化是否超过一组阈值要求；
如果用户生物测定数据的计算变化超过所述一组阈值要求，则继续向用户提供选择的虚拟现实内容；以及
如果用户生物测定数据的计算变化不超过所述一组阈值要求，则修改选择的虚拟现实内容并向用户提供修改后的选择的虚拟现实内容。
2.根据权利要求1所述的方法，其中修改选择的虚拟现实内容的步骤包括以下的至少一个：暂时暂停或减慢选择的虚拟现实内容，通过选择的虚拟现实内容向用户提供通知，调节选择的虚拟现实内容的一个或多个特征，以及提供新选择的虚拟现实内容。
3.根据权利要求1所述的方法，其中计算用户的生物测定数据的变化的步骤包括将初始生物测定数据的EEG脑波活动与测量的生物测定数据的EEG脑波活动进行比较。
4.根据权利要求3所述的方法，其中计算用户的生物测定数据的变化的步骤还包括产生对应于用户的EEG脑波活动的变化的一个或多个z评分。
5.根据权利要求4所述的方法，其中用户的生物测定数据的计算变化超过所述一组阈值要求包括所述一个或多个z评分中的至少一个具有大于或等于1.0的值。
6.根据权利要求1所述的方法，其中修改选择的虚拟现实内容的步骤包括改变以下的至少一个：选择的虚拟现实内容的视觉刺激、颜色、光照、移动、相机角度、声音、音乐、语音、步调、定时、角色、故事线和脚本。
7.一种治疗人类患者的心理、精神或医疗状况的方法，所述方法包括以下步骤：
测量患者的初始生物测定活动；
创建对应于患者初始生物测定活动的基线数据集；
为患者提供第一虚拟现实内容，其中所述第一虚拟现实内容包括虚拟现实环境、增强现实环境和混合现实环境中的至少一个；
在患者暴露于所述第一虚拟现实内容期间和/或之后测量患者的生物活动；
创建与患者暴露于所述第一虚拟现实内容所产生的患者生物测定活动对应的第一生物测定数据集；以及
将所述第一生物测定数据集与所述基线数据集进行比较。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述患者的生物测定活动包括使用脑电图(EEG)测量的脑波活动。
9.根据权利要求8所述的方法，其还包括将所述第一数据集中的脑波模式与所述基线数据集中的脑波模式进行比较的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述脑波模式包括β、α、γ、θ和δ脑波模式中的至少一种。
11.根据权利要求8所述的方法，其还包括分析患者脑内发生所述第一生物测定数据集的脑波模式的位置的步骤。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述患者的生物测定活动包括脑波活动、心率、血压、呼吸率和皮肤温度中的至少一个。
13.根据权利要求7所述的方法，其还包括通过将患者暴露于第一环境来修改患者的脑波活动的步骤。
14.根据权利要求7所述的方法，其还包括以下步骤：
为患者提供第二虚拟现实内容，其中所述第二虚拟现实内容包括虚拟现实环境、增强现实环境和混合现实环境中的至少一个；
在患者暴露于所述第二虚拟现实内容期间和/或之后测量患者的生物活动；
创建与患者暴露于所述第二虚拟现实内容所产生的患者生物测定活动对应的第二生物测定数据集；以及
将所述第二生物测定数据集与所述第一生物测定数据集和所述基线数据集中的至少一个进行比较。
15.根据权利要求14所述的方法，其还包括确定所述第一虚拟现实内容或所述第二虚拟现实内容是否实现患者生物测定活动的更积极变化的步骤。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二虚拟现实内容的视觉刺激、颜色、光照、移动、相机角度、声音、音乐、语音、步调、定时、角色、故事线和脚本中的至少一个与所述第一虚拟现实内容不同。
17.一种用于治疗人类患者的心理、精神或医疗状况的系统，所述系统包括：
处理器；
虚拟现实内容数据库，所述数据库包含多个不同的虚拟现实内容；
虚拟现实装置，所述虚拟现实装置配置成向患者提供来自所述多个不同虚拟现实内容的一个或多个虚拟现实内容；
配置成测量患者的生物测定活动的至少一个生物测定活动监测器；以及
包括编程指令的应用程序，当由所述处理器执行时，所述编程指令使系统：
使用所述至少一个生物测定活动监测器测量患者的初始生物测定活动；
创建对应于患者的初始生物测定活动的基线数据集；
通过所述虚拟现实装置向患者提供来自所述多个不同虚拟现实内容的第一虚拟现实内容，其中所述第一虚拟现实内容包括虚拟现实环境、增强现实环境和混合现实环境中的至少一个；
使用所述至少一个生物测定活动监测器测量患者在暴露于所述第一虚拟现实内容期间和/或之后的患者生物测定活动；
创建与患者暴露于所述第一虚拟现实内容所产生的患者生物测定活动对应的第一生物测定数据集；以及
将所述第一生物测定数据集与所述基线数据集进行比较。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述患者的生物测定活动包括使用脑电图(EEG)测量的脑波活动。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述患者的生物测定活动包括脑波活动、心率、血压、呼吸率和皮肤温度中的至少一个。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述应用程序还包括编程指令，当由所述处理器执行时，所述编程指令使所述系统：
通过所述虚拟现实装置向患者提供来自所述多个不同虚拟现实内容的第二虚拟现实内容，其中所述第二虚拟现实内容包括虚拟现实环境、增强现实环境和混合现实环境中的至少一个；
使用所述至少一个生物测定活动监测器测量患者在暴露于所述第二虚拟现实内容期间和/或之后的患者生物测定活动；
创建与患者暴露于所述第二虚拟现实内容所产生的生物测定活动对应的第二生物测定数据集；以及
将所述第二生物测定数据集与所述第一生物测定数据集和所述基线数据集中的至少一个进行比较。
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