CN112102912B - 一种基于虚拟现实技术维护肠道微生态平衡的系统 - Google Patents

一种基于虚拟现实技术维护肠道微生态平衡的系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实技术维护肠道微生态平衡的系统，包括评估患者模块，设备模块，干预模块；数据模块，以及数据处理模块；通过VR技术模拟有利的虚拟现实场景，通过声、光、辅助嗅觉刺激，缓解精神紧张，调节患者术后生理与心理的应激反应、参与恢复体内正常炎症和免疫相关因子水平，维护肠道微生物群落的稳定，促进患者胃肠功能恢复，从而减轻禁食带来的危害。

Description

一种基于虚拟现实技术维护肠道微生态平衡的系统
技术领域
本发明涉及医学肠道领域，具体讲是一种基于虚拟现实技术维护肠道微生态平衡的系统。
背景技术
对于择期手术患者，长时间的禁食会增加患者出现口渴、焦虑、电解质紊乱、低血糖、低血容量等不良反应的发生率，不利于患者术后康复；同时会引起肠内屏障功能部分受损，菌群易位，破坏机体内在和外界环境的稳定性，导致肠道微生态失衡，进而危害机体健康。因此在禁食情况下，如何维护肠道微生态的平衡至关重要，也是目前肠道微生态研究中急需突破的难题之一。有研究证实，无味(不进食)的情况下保证对食物的视觉嗅觉也能显著增加了胃酸分泌和血清胃泌素浓度，这表明视觉嗅觉可能通过激发食欲，模拟人体进食涉及的神经-免疫-内分泌机制，刺激胃酸和血清胃泌素的分泌[1]。
虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术是计算机视觉方面近年来的一项新兴技术，目前已有较成熟的工业应用。VR技术通过相应的计算机硬件软件可构建包含三维信息的虚拟现实场景，从而逼真地模拟包含各种环境下的现实世界(甚至是现实中不存在的情况)。当患者投入到VR技术构建的场景中，会立即有“亲临其境”的感觉，同时可通过自然动作与虚拟环境中的人或物进行交互。项目拟利用VR技术所带来的真实体验，研究对于禁食患者或进食有限制的患者，如何利用VR技术有针对性地呈现特定场景，帮助降低其由于长时间禁食导致肠道微生态失衡的可能性。
目前已有VR应用于眼视光[2-3]领域、床旁康复训练[4-5]和辅助睡眠[6-7]等医疗领域的报道，但暂未发现VR技术应用于进食受限患者改善其生活质量及其肠道微生态的报道。现有的促进术后肠道功能恢复的方式主要包括，补充免疫营养制剂及益生菌、针灸治疗，加强活动等，但这些方式患者的体验并不好，且可能导致相应的并发症，也需要投入人力来完成。而VR技术则可以弥补这些技术的不足，并且给术进食受限者带来较好的体验感、提高住院期间的满意度。
[1]MARK FELDMAN,CHARLES T.RICHARDSON.Role of Thougcht,Sight,Smell,andTaste of Food in the Cephalic Phase of Gastric Acid Secretion in Humans[J].GASTROENTEROLOGY 1986；90:42-33.
[2]三河市广义科技有限公司.一种VR虚拟现实设备眼部振动模拟放松穿戴装置:CN201820463475.8[P].2019-08-09.
[3]京东方科技集团股份有限公司,北京京东方光电科技有限公司.基于VR的视力测量方法及装置、VR设备:CN201810387770.4[P].2018-09-04
[4]蝶和科技(中国)有限公司.虚拟现实床旁康复训练系统及方法:CN201510278125.5[P].2015-10-21.
[5]上海电气集团股份有限公司.基于虚拟现实的上肢康复训练设备:CN201711328714.5[P].2019-06-21.
[6]段新.基于虚拟现实的催眠系统:CN201821510689.2[P].2020-01-07.
[7]丘靖.一种基于虚拟现实的睡系
统:CN201610809646.3[P].2017-01-25.
发明内容
因此，本发明目的通过VR技术模拟有利的虚拟现实场景，通过声、光、辅助嗅觉刺激，调节患者术后生理与心理的应激反应、缓解精神紧张，可望协助恢复体内正常炎症和免疫相关因子水平，促进患者胃肠功能的活动与恢复，刺激其胃肠产生和正常人比较相似的功能，从而维护肠道微生物群落的稳定，减轻禁食带来的危害。
本发明是这样实现的，构造一种基于虚拟现实技术维护肠道微生态平衡的系统，包括
评估患者模块，用于评估患者；
设备模块，用于为已评估的患者准备VR设备并将其穿戴；
干预模块，用于对完成设备模块穿戴的患者进行VR干预；目的在于通过虚拟现实技术模拟患者进食，刺激其消化腺体,使唾液、胃液、肠液等消化液的分泌，提高患者分泌系统活跃性，保护肠屏障功能，使肠道微生物组成改变，β多样性和相对丰度明显增高，使肠道变形菌门、疣微菌门等不利菌的丰度降低，使双歧菌、乳酸菌等有利菌的数量增多，同时改善免疫球蛋白(IgG、IgA、IgM)、T淋巴细胞亚群(CD4、CD8、CD4/CD8)等免疫指标，减轻急性期炎症反应，从而提升术后恢复效果。
数据模块，用于记录VR干预患者的干预数据，主要是记录能够反映肠道微生态平衡的参数。
数据处理模块，用于对所述数据模块记录的干预的数据进行分析和得出患者治疗效果；通过分析参数，反映干预效果。
优选的，所述评估患者采用如下方式，
①核对患者床号、姓名、住院号；
②评估患者生命体征、意识状态、手术伤口有无渗血等，确认患者处于安全、舒适且能够进行VR穿戴及使用；
③评估患者理解能力及文化程度，能否进行VR设备穿戴及使用；
④确认患者或监护人已签署同意使用VR设备同意书。
优选的，所述为已评估的患者准备VR设备并将其穿戴的方法如下，
①检查VR头戴式设备、嗅觉装置、操作手柄等硬件设备是否电量充足、网络连接是否正常以及设备是否正常运行；
②协助患者佩戴VR头戴式设备及嗅觉装置、抓取手柄，指导患者正确使用手柄。
优选的，所述VR干预中，患者选取虚拟场景进行刺激肠道，使肠道在特定场景下分泌不同激素，维持肠道平衡。
优选的，虚拟场景为A场景、B场景、C场景或D场景中任意一种或多种，A场景：利用VR设备进行虚拟餐厅场景；
a)为患者呈现进入虚拟餐厅场景，使用手柄点击座位落座；
b)通过头戴式设备与虚拟服务员进行对话及人机互动，使用手柄点击菜单选择菜品；
c)通过头戴式设备观看由视频、动画或三维动作展现的菜品制作及摆盘上桌过程；
d)通过头戴式设备观看学习该菜品的营养成分、推荐程度；
e)使用手柄点击餐具后再点击食物进行用餐，采用手柄或手势交互模拟用餐过程；
f)嗅觉装置同时调用虚拟菜品气味，生成菜品特有气味；
g)虚拟餐厅环境根据食物种类变化，如火锅店、西餐厅、川菜馆等；餐
厅内食物种类、摆盘、食用方式根据地区差异及患者需求而提前设计。B场景：利用VR设备进行虚拟美食街场景；
a)患者进入美食街全景虚拟场景后，使用手柄进行代步移动，在美食街闲逛；
b)使用手柄操控选择自己喜欢的餐厅，点击按钮进入餐厅；
c)后续操作同A场景相同；
d)美食街环境设计根据地区差异及餐厅类型而变化。
C场景：利用VR设备进行虚拟商场场景；
a)患者进入商场全景虚拟场景后，使用手柄选择零食区、水果区、熟食区及生鲜区；
b)通过头戴式设备与手柄选择商品；
c)通过头戴式设备观看学习该商品的营养成分、推荐程度；
d)商场环境根据可选择的商品、参照大型商场装修布置。
D场景：利用VR设备进行虚拟厨房场景；
a)患者进入厨房全景虚拟场景后，使用头戴式设备进行环境熟悉；
b)通过头戴式设备与手柄选择处理菜品；
c)使用手柄拿取厨具进行简单烹饪；
d)由视频、动画或三维动作展现的菜品制作；
e)烹饪过程中嗅觉装置同时调用虚拟菜品气味，生成菜品特有气味；
f)通过头戴式设备观看学习该商品的营养成分、正确烹饪方式及推荐程度；
g)厨房环境根据常见的家庭厨房布置。
优选的，记录VR干预患者的干预数据的方法如下，
通过数据分析设备同步观察患者所进行的干预内容以及反映干预状况的分析数据,从而相较于传统的主观观察可以得到更精准的判断依据；
当患者结束当次训练后,数据分析设备结合导入的医学相关检验指标和心理测评评估的结果,并生成分析数据报表。
优选的，所述医学相关检验指标如下:
①免疫指标:免疫球蛋白(IgG、IgA、IgM)、T淋巴细胞亚群(CD4、CD8、CD4/CD8)。
②急性期炎症反应指标:C反应蛋白(CRP)、血清淀粉样蛋白(SAA)、细胞因子(白介素1-a、白介素6、白介素9、肿瘤坏死因子)等。
③肠道菌群多样性及分布：收集患者粪便及血清标本，采用高通量测序技术对粪便标本16S rDNA-v4区测序，测定肠道微生物组成及其β多样性和相对丰度。
④肠屏障功能:使用免疫组化法及Western blot测定肠黏膜紧密连接蛋白Occludin和Claudin-1表达水平、血浆中二胺氧化酶(DAO)和肠脂肪酸结合蛋白(I-FABP)的水平。
⑤术后恢复指标:观察所有患者术后康复状况:包括术后首次排气、排便时间，首次下床活动时间，首次经口进食时间，术后住院天数；
其中①②③④项于术前1天,术后第1天和VR干预结束后分别采集；
所述心理测评包括:焦虑自评量表、焦虑状态特质问卷、综合性医院焦虑抑郁量表等，于术前1天,术后第1天和VR干预结束后分别采集。
优选的，当次VR干预结束后，收集患者健康知识掌握水平、使用体验调查、心理状态等反馈信息，通过数据分析设备产生本次以及和过往使用反馈结果的分析结果。
发明具有如下优点：
本发明借助VR技术(虚拟现实技术)可促进患者肠道微生态平衡，促进炎性免疫功能和术后康复，减轻患者相关医疗费用，提高医院收治率，从而提升医疗资源的利用率，减轻社会医疗负担。
相较于现有的促进术后肠道功能恢复的方式效果更好，现有的方式如补充免疫营养制剂及益生菌、针灸治疗和加强活动等，这些方式患者的体验并不好，且可能导致相应的并发症，也需要投入人力来完成。
而本发明采用VR技术则可以弥补上述技术的不足，并且给进食受限患者带来较好的体验感、提高住院期间的满意度。
并且本发明在VR技术中添加嗅觉辅助，可提高虚拟现实体验感，实现视听嗅三位一体的真实体验，为进食受限群体提供更真实的进食体验。
附图说明
图1是本发明的使用方法流程示意图；
图2是嗅觉装置的示意图；
图3是嗅觉虚拟流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图1-图3对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明通过改进在此提供一种基于虚拟现实技术维护肠道微生态平衡的系统，包括
评估患者模块，用于评估患者；
设备模块，用于为已评估的患者准备VR设备并将其穿戴；
干预模块，用于对完成设备模块穿戴的患者进行VR干预；
数据模块，用于记录VR干预患者的干预数据；以及
数据处理模块，用于对所述数据模块记录的干预的数据进行分析和得出患者治疗效果；
在本实施例中，评估患者采用如下方式，
①核对患者床号、姓名、住院号；
②评估患者生命体征、意识状态、手术伤口有无渗血等，确认患者处于安全、舒适且能够进行VR穿戴及使用；
③评估患者理解能力及文化程度，能否进行VR设备穿戴及使用；
④确认患者或监护人已签署同意使用VR设备同意书。
在本实施例中，为已评估的患者准备VR设备并将其穿戴的方法如下：
①检查VR头戴式设备、嗅觉装置、操作手柄等硬件设备是否电量充足、网络连接是否正常以及设备是否正常运行；
②协助患者佩戴VR头戴式设备及嗅觉装置、抓取手柄，指导患者正确使用手柄。
在本实施例中，所述VR干预中，患者选取虚拟场景进行刺激肠道，使肠道在特定场景下分泌不同激素，维持肠道平衡。
在本实施例中，虚拟场景为A场景、B场景、C场景或D场景中任意一种或多种，
A场景：利用VR设备进行虚拟餐厅场景；
a)为患者呈现进入虚拟餐厅场景，使用手柄点击座位落座；
b)通过头戴式设备与虚拟服务员进行对话及人机互动，使用手柄点击菜单选择菜品；
c)通过头戴式设备观看由视频、动画或三维动作展现的菜品制作及摆盘上桌过程；
d)通过头戴式设备观看学习该菜品的营养成分、推荐程度；
e)使用手柄点击餐具后再点击食物进行用餐，采用手柄或手势交互模拟用餐过程；
f)嗅觉装置同时调用虚拟菜品气味，生成菜品特有气味；
g)虚拟餐厅环境根据食物种类变化，如火锅店、西餐厅、川菜馆等；餐厅内食物种类、摆盘、食用方式根据地区差异及患者需求而提前设计。B场景：利用VR设备进行虚拟美食街场景；
a)患者进入美食街全景虚拟场景后，使用手柄进行代步移动，在美食街闲逛；
b)使用手柄操控选择自己喜欢的餐厅，点击按钮进入餐厅；
c)后续操作同A场景相同；
d)美食街环境设计根据地区差异及餐厅类型而变化。
C场景：利用VR设备进行虚拟商场场景；
a)患者进入商场全景虚拟场景后，使用手柄选择零食区、水果区、熟食区及生鲜区；
b)通过头戴式设备与手柄选择商品；
c)通过头戴式设备观看学习该商品的营养成分、推荐程度；
d)商场环境根据可选择的商品、参照大型商场装修布置。
D场景：利用VR设备进行虚拟厨房场景；
a)患者进入厨房全景虚拟场景后，使用头戴式设备进行环境熟悉；
b)通过头戴式设备与手柄选择处理菜品；
c)使用手柄拿取厨具进行简单烹饪；
d)由视频、动画或三维动作展现的菜品制作；
e)烹饪过程中嗅觉装置同时调用虚拟菜品气味，生成菜品特有气味；
f)通过头戴式设备观看学习该商品的营养成分、正确烹饪方式及推荐程度；
g)厨房环境根据常见的家庭厨房布置。
在本实施例中，所述记录VR干预患者的干预数据的方法如下，
通过数据分析设备同步观察患者所进行的干预内容以及反映干预状况的分析数据,从而相较于传统的主观观察可以得到更精准的判断依据；
当患者结束当次训练后,数据分析设备结合导入的医学相关检验指标和心理测评评估的结果,并生成分析数据报表。
在本实施例中，所述医学相关检验指标如下:
①免疫指标:免疫球蛋白(IgG、IgA、IgM)、T淋巴细胞亚群(CD4、CD8、CD4/CD8)。
②急性期炎症反应指标:C反应蛋白(CRP)、血清淀粉样蛋白(SAA)、细胞因子(白介素1-a、白介素6、白介素9、肿瘤坏死因子)等。
③肠道菌群多样性及分布：收集患者粪便及血清标本，采用高通量测序技术对粪便标本16S rDNA-v4区测序，测定肠道微生物组成及其β多样性和相对丰度。
④肠屏障功能:使用免疫组化法及Western blot测定肠黏膜紧密连接蛋白Occludin和Claudin-1表达水平、血浆中二胺氧化酶(DAO)和肠脂肪酸结合蛋白(I-FABP)的水平。
⑤术后恢复指标:观察所有患者术后康复状况:包括术后首次排气、排便时间，首次下床活动时间，首次经口进食时间，术后住院天数；
其中①②③④项于术前1天,术后第1天和VR干预结束后分别采集；
所述心理测评包括:焦虑自评量表、焦虑状态特质问卷、综合性医院焦虑抑郁量表等，于术前1天,术后第1天和VR干预结束后分别采集。
在本实施例中，当次VR干预结束后，收集患者健康知识掌握水平、使用体验调查、心理状态等反馈信息，通过数据分析设备产生本次以及和过往使用反馈结果的分析结果。
本发明以虚拟进食为主，将为术后禁食等进食受限的患者提供虚拟进食,刺激其消化腺体,使唾液、胃液、肠液等消化液的分泌，提高患者分泌系统活跃性，保护肠屏障功能，使肠道微生物组成改变，β多样性和相对丰度明显增高，使肠道变形菌门、疣微菌门等不利菌的丰度降低，使双歧菌、乳酸菌等有利菌的数量增多，同时改善免疫球蛋白(IgG、IgA、IgM)、T淋巴细胞亚群(CD4、CD8、CD4/CD8)等免疫指标，减轻急性期炎症反应，从而提升术后恢复效果。
此过程对患者没有身体上的风险，且无需使用任何药物和侵入性治疗手段，同时将减轻患者焦虑程度，提高患者住院满意度，并有助于推进饮食相关的健康教育，提高患者相关健康知识的掌握度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
①饮食健康教育与虚拟现实技术相结合，借助虚拟现实技术沉浸式体验特点改善传统康复训练中的枯燥乏味，提升用户训练积极性；
②拟移动可按需辅助用户完成体验，安全性高；
③患者可独立完成场景选择、菜单制定和进食体验等功能，极大程度上的节省用户在治疗过程中的支付的人力成本，同时可有效解决当前医务人员不足的问题；
④合数据分析设备获取的患者所进行的训练内容、反映其训练状况的内容以及导入的医学相关检验指标和心理测评评估的结果，能以数据评估方式使训练效果得到整理分析，使训练个性化且全周期数据溯源；
⑤本发明结合诸多技术设备优势，以用户的实时使用数据为基础进行指导，
改善传统人机交互控制方式，使康复训练个性化；
⑤治疗效果可能会产生意想不到的全身化学副作用的药物治疗相比，此过程是安全的，不需要药物；
⑦与治疗效果可能会因为药物吸收速率产生意想不到的结果的药物治疗相比，所述方式仅在体验时段期间施加消化液分泌，干预具有可控性。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种基于虚拟现实技术维护肠道微生态平衡的系统，其特征在于：包括评估患者模块，用于评估患者；
设备模块，用于为已评估的患者准备VR设备并将其穿戴；
干预模块，用于对完成设备模块穿戴的患者进行VR干预；
数据模块，用于记录VR干预患者的干预数据；以及
数据处理模块，用于对所述数据模块记录的干预的数据进行分析和得出患者治疗效果；
在所述VR干预中，患者选取虚拟场景进行刺激肠道，使肠道在特定场景下分泌不同激素，维持肠道平衡；
虚拟场景为A场景、B场景、C场景或D场景中任意一种或多种，
A场景：利用VR设备进行虚拟餐厅场景；
a)为患者呈现进入虚拟餐厅场景，使用手柄点击座位落座；
b)通过头戴式设备与虚拟服务员进行对话及人机互动，使用手柄点击菜单选择菜品；
c)通过头戴式设备观看由视频、动画或三维动作展现的菜品制作及摆盘上桌过程；
d)通过头戴式设备观看学习该菜品的营养成分、推荐程度；
e)使用手柄点击餐具后再点击食物进行用餐，采用手柄或手势交互模拟用餐过程；
f)嗅觉装置同时调用虚拟菜品气味，生成菜品特有气味；
B场景：利用VR设备进行虚拟美食街场景；
a)患者进入美食街全景虚拟场景后，使用手柄进行代步移动，在美食街闲逛；
b)使用手柄操控选择自己喜欢的餐厅，点击按钮进入餐厅；
c)后续操作同A场景相同；
C场景：利用VR设备进行虚拟商场场景；
a)患者进入商场全景虚拟场景后，使用手柄选择零食区、水果区、熟食区及生鲜区；
b)通过头戴式设备与手柄选择商品；
c)通过头戴式设备观看学习该商品的营养成分、推荐程度；
D场景：利用VR设备进行虚拟厨房场景；
a)患者进入厨房全景虚拟场景后，使用头戴式设备进行环境熟悉；
b)通过头戴式设备与手柄选择处理菜品；
c)使用手柄拿取厨具进行简单烹饪；
d)由视频、动画或三维动作展现的菜品制作；
e)烹饪过程中嗅觉装置同时调用虚拟菜品气味，生成菜品特有气味；
f)通过头戴式设备观看学习该商品的营养成分、正确烹饪方式及
推荐程度。
2.根据权利要求1所述一种基于虚拟现实技术维护肠道微生态平衡的系统，其特征在于：所述评估患者采用如下方式，
①核对患者床号、姓名、住院号；
②评估患者生命体征、意识状态，确认患者处于安全、舒适且能够进行VR穿戴及使用；
③评估患者理解能力及文化程度，能否进行VR设备穿戴及使用；
④确认患者或监护人已签署同意使用VR设备同意书。
3.根据权利要求1所述一种基于虚拟现实技术维护肠道微生态平衡的系统，其特征在于：为已评估的患者准备VR设备并将其穿戴的方法如下，
①检查VR头戴式设备、嗅觉装置、操作手柄硬件设备是否电量充足、网络连接是否正常以及设备是否正常运行；
②协助患者佩戴VR头戴式设备及嗅觉装置、抓取手柄，指导患者正确使用手柄。
4.根据权利要求1所述一种基于虚拟现实技术维护肠道微生态平衡的系统，其特征在于：所述记录VR干预患者的干预数据方法如下，
通过数据分析设备同步观察患者所进行的干预内容以及反映干预状况的分析数据,从而相较于传统的主观观察可以得到更精准的判断依据；
当患者结束当次训练后,数据分析设备结合导入的医学相关检验指标和心理测评评估的结果,并生成分析数据报表。
5.根据权利要求4所述一种基于虚拟现实技术维护肠道微生态平衡的系统，其特征在于：所述医学相关检验指标如下:
①疫指标:免疫球蛋白、T淋巴细胞亚群；
②性期炎症反应指标:C反应蛋白、血清淀粉样蛋白、细胞因子；
③肠道菌群多样性及分布：收集患者粪便及血清标本，采用高通量测序技术对粪便标本16S rDNA-v4区测序，测定肠道微生物组成及其β多样性和相对丰度；
④肠屏障功能:使用免疫组化法及Western blot测定肠黏膜紧密连接蛋白Occludin和Claudin-1表达水平、血浆中二胺氧化酶和肠脂肪酸结合蛋白的水平；
⑤术后恢复指标:观察所有患者术后康复状况:包括术后首次排气、排便时间，首次下床活动时间，首次经口进食时间，术后住院天数；
其中①②③④项于术前1天,术后第1天和VR干预结束后分别采集；
所述心理测评包括：焦虑自评量表、焦虑状态特质问卷、综合性医院焦虑抑郁量表，于术前1天,术后第1天和VR干预结束后分别采集。
6.根据权利要求1所述一种基于虚拟现实技术维护肠道微生态平衡的系统，其特征在于：对所述数据模块记录的干预的数据进行分析和得出患者治疗效果的方法如下：
当次VR干预结束后，收集患者健康知识掌握水平、
使用体验调查、心理状态反馈信息，通过数据分析设备产生本次以及和过往使用反馈结果的分析结果。
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