CN116709985A

CN116709985A - 神经活动受控的虚拟现实系统

Info

Publication number: CN116709985A
Application number: CN202180084733.6A
Authority: CN
Inventors: M·范多伦; T·R·M·勒弗肯斯; R·范埃; M·T·约翰逊; M·E·梅纳贝尼托; W·胡伊吉博尔斯
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2021-12-06
Publication date: 2023-09-05
Also published as: US20240004470A1; JP2023552973A; WO2022128574A1; EP4264626A1; EP4016539A1

Abstract

本文公开了一种医学仪器(100、300)，包括：活动测量系统(110、301、302)，其被配置用于测量来自对象(102)的脑部活动数据(136)；存储器(120)，其存储机器可执行指令(130)并存储模拟模型(132)，其中，所述模拟模型被配置为生成模拟数据(134)，其中，所述模拟模型被配置用于使用模型参数(140)来修改所述模拟数据；虚拟现实系统(106、106’、106”、106”’、106””)，其被配置用于呈现所述模拟数据；以及计算系统(114)，其用于控制所述医学仪器。对所述机器可执行指令的运行使所述计算系统将所述模型参数设定(200)为初始值(142)。对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复执行以下操作：使用所述模拟模型来生成(202)所述模拟数据；使用所述虚拟现实系统来呈现(204)所述模拟数据；使用所述活动测量系统来测量(206)所述脑部活动数据；根据所述脑部活动数据来计算(208)描述所述对象的神经活动的神经活动度量(138)；如果所述神经活动度量低于第一预定值(144)，则增大(210)所述模型参数以调整所述模拟模型；并且如果所述神经活动度量高于第二预定值(146)，则减小(212)所述模型参数以调整所述模拟模型。

Description

神经活动受控的虚拟现实系统

技术领域

本发明涉及磁共振成像，特别涉及使用测得的脑部活动来控制虚拟现实系统。

背景技术

可以使用各种测量模态来测量对象的脑部活动。功能性磁共振成像是一种直接测量对象的脑部中的哪些部分活跃的手段的示例。磁共振成像(MRI)扫描器使用大型静态磁场来使原子的核自旋对齐，作为产生患者体内的图像的流程的部分。这个大型静态磁场被称为B₀场或主磁场。许多功能性磁共振成像(fMRI)技术通过检测脑部中的血流变化来直接测量脑部活动。

欧洲专利申请公布物EP 3659499 A公开了一种包括活动测量系统的医学仪器，该活动测量系统被配置用于测量来自对象的脑部活动数据。该医学仪器还包括刺激呈现系统，该刺激呈现系统被配置用于向对象提供感觉刺激。该医学仪器还包括存储器，该存储器用于存储机器可执行指令并用于存储刺激增强物数据库。刺激增强物数据库包括条目。每个条目包括被配置用于控制刺激呈现系统向对象提供感觉刺激的命令。该医学仪器还包括用于控制医学仪器的处理器。对机器可执行指令的运行使处理器：利用从刺激增强物数据库中选择的一组条目来控制刺激呈现系统，从而向对象反复提供感觉刺激；控制活动测量系统以在每个传感器刺激期间执行对脑部活动数据的测量；使用脑部活动数据从这组条目中选择选定的条目；并且将选定的条目存储在存储器中。

US 2005/283053公开了一种系统，其中，基于脑部活动来修改VR数据。

发明内容

本发明在独立权利要求中提供了医学仪器、计算机程序和方法。在从属权利要求中给出了实施例。

许多类型的治疗依赖于心理学家或治疗师向对象提供感觉刺激，然后基于对对象的主观观察来调整对对象的刺激。实施例可以提供医学仪器或工具，所述医学仪器或工具可以用于更好地评估和控制被提供给对象的感觉刺激。这可以通过利用活动测量系统测量脑部活动数据来实现。脑部活动数据然后用于计算神经活动度量。然后，神经活动度量用于修改或控制模型参数。对模型参数的调整改变了由模拟模型产生的模拟数据。虚拟现实系统然后呈现模型数据。当对象暴露于由虚拟现实系统提供的刺激时，脑部活动数据被重新采集，并且该过程作为闭环继续进行。实施例调整模型参数以将神经活动度量保持在第一预定值与第二预定值之间。例如，随着对象变得适应由虚拟现实系统提供的刺激，医学仪器可以调整模型参数。

在一个方面，本发明提供了一种医学仪器，所述医学仪器包括活动测量系统，所述活动测量系统被配置用于测量来自对象的脑部活动数据。在不同的示例中，活动测量系统可以采取不同的形式。例如，可以有测量脑部的功能活动(例如，功能性磁共振成像)的活动测量系统。在其他实例中，活动测量系统可以包括电测量(例如，EEG系统)。

所述医学仪器还包括存储器，所述存储器存储机器可执行指令并存储模拟模型。所述模拟模型被配置为生成模拟数据。所述模拟模型被配置用于使用模型参数来修改所述模拟数据。模拟数据可以用于为虚拟现实系统提供数据。所述医学仪器还包括虚拟现实系统，所述虚拟现实系统被配置用于呈现所述模拟数据。在不同的示例中，虚拟现实系统可以采取不同的形式。虚拟现实系统可以被配置为向对象提供视觉、触觉、温度、压力和/或听觉刺激。模拟数据的呈现配置或控制虚拟现实系统向对象提供这种感觉刺激。

所述存储器还包含控制算法，所述控制算法被配置用于响应于接收到神经活动度量、第一预定值和第二预定值而输出所述模型参数。对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统通过将所述神经活动度量、所述第一预定值和所述第二预定值输入到所述控制算法中来确定所述模型参数。这是有益的，因为复杂的控制算法能够用于提供反馈回路和控制神经活动度量。

在已知的医学仪器中，在活动度量与刺激调制之间只有简单的关系。如果要在查找表中表示这一点，只有两列的单个查找表就可以了(因为正如那里所描述的，给定的活动水平总是得到相同的刺激)。然而，在当前要求保护的发明的情况下，取决于先前的历史，相同的刺激调制可以与许多不同的活动水平相关联。例如，患者是否对缓慢增大的刺激强度反应良好，或者患者是否走得太远和/或太快，以及是否有必要非常快地返回到更温和的刺激(或者实际上是后文描述的任何其他反馈原理)。结果，需要多个查找表(或多维查找表)，其中，在不同的时刻查阅不同的表以考虑这个先前的历史。

所述医学仪器还包括计算系统，所述计算系统用于控制所述医学仪器。对所述机器可执行指令的运行使所述计算系统将所述模型参数设定为初始值。在一些情况下，该初始值可以是全局值，而在其他情况下，该初始值可以是针对特定对象的专用值或加载值。该初始值可以例如将模拟模型置于用于开始该方法的初始状态。

对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复地使用所述模拟模型来生成所述模拟数据。在第一循环期间，利用被设定为初始值的模型参数来控制模拟模型。在其他循环中，更新模型参数。对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复地使用所述虚拟现实系统来呈现所述模拟数据。这可以通过将模拟数据输入到虚拟现实系统中来执行。对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复地使用所述活动测量系统来测量所述脑部活动数据。

对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复地根据所述脑部活动数据来计算描述所述对象的神经活动的神经活动度量。神经活动度量例如可以是用于描述或表征对象的神经活动的一个或多个数值。对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复地执行以下操作：如果所述神经活动度量低于第一预定值，则增大所述模型参数以调整所述模拟模型；并且如果所述神经活动度量高于第二预定值，则减小所述模型参数以调整所述模拟模型。因此，该系统的目标是将神经活动度量维持在第一预定值与第二预定值之间。

在一些示例中，模型参数可以具有被输入到模拟模型中的一个或多个值或很多个值。该单个值或值的向量可以用于控制或修改模拟模型的行为，这继而引起模拟数据的变化以及对象经由虚拟现实系统经历的内容的变化。该实施例可以是有益的，因为它提供了可以用于控制神经活动度量的闭环反馈回路。这可以用于将神经活动度量维持在由第一预定值和第二预定值表示的设定值之间。这例如在各种类型的心理治疗中会很有用。

在另一实施例中，所述脑部活动测量系统包括磁共振成像系统。所述存储器还包含脉冲序列命令，所述脉冲序列命令被配置用于根据功能性磁共振成像协议来采集来自所述对象的感兴趣激发区域的k空间数据。当执行磁共振成像时，利用脉冲序列命令来控制磁共振成像系统，使得激发对象的区域或者激发对象的区域的自旋，然后读取来自该感兴趣激发区域的数据。因此，感兴趣激发区域等同于正被成像的对象的活跃区域。

功能性磁共振成像协议是这样一种磁共振成像协议：其能够用于在当前正在使用脑部或神经组织时测量对象的典型反应。例如，功能性磁共振成像能够用于确定当对象正在经受刺激时人的脑部的哪些部分是活跃的。

使用所述活动测量系统测量所述脑部活动数据包括控制所述磁共振成像系统采集所述k空间数据。该实施例可以是有益的，因为功能性磁共振成像能够直接测量对象的脑部的哪些部分当前是活跃的。这对于直接测量对象对由虚拟现实系统提供的刺激的反应会很有用。这可以客观地实现对神经活动度量的测量，而无需来自心理学家或其他医疗保健专业人员或对象本身的输入。直接测量了对象对由虚拟现实系统提供的刺激的反应。

在另一实施例中，所述磁共振成像协议是血氧水平相关的功能性磁共振成像协议。该协议被配置用于测量在所述感兴趣激发区域内选择的一个或多个体积内的神经活动。所述一个或多个体积是感兴趣激发区域的区域或子区域。例如，当对象经历恐惧或某种刺激时，对象的脑部的不同部分会变得活跃。测量多个位置并关联它们的行为以确定神经活动度量会是有利的。

在另一实施例中，所述一个或多个体积可以包括杏仁核。

在另一实施例中，所述一个或多个体积可以包括腹内侧前额皮质。

在另一实施例中，所述一个或多个体积包括额顶叶网络。在持续的高要求认知工作量时段期间，伴随着认知疲劳，人类通常表现出任务时间(TOT)效应，其中，在任务进行时段内，表现逐渐变差。在繁重的脑力劳动的时段后，额顶叶网络中会存在持续的认知疲劳效应，这表明这种注意力网络在介导TOT效应中起着关键作用。这样的认知疲劳任务也会引起累积的皮质醇水平。

在另一实施例中，所述一个或多个体积包括海马体。这例如对于处置创伤后应激障碍(PTSD)患者会很有用。在PTSD患者中，海马体(其与将记忆置于正确的空间和时间背景中相关联)的体积显著减少。

在另一实施例中，所述一个或多个体积包括在默认模式网络中。一项涉及848名重度抑郁症(MDD)患者和794名正常对照的fMRI数据的研究报告了在复发性MDD中默认模式网络的功能连接性降低，从而证实了默认模式网络在MDD中的关键作用。默认模式网络的功能连接性降低与在复发性MDD中的症状严重程度正相关。

在另一实施例中，所述一个或多个体积包括杏仁核和腹内侧前额皮质这两者。恐惧(例如，幽闭恐怖症)记忆激活后会产生自发神经元活动。在恐惧记忆激活组上，杏仁核与腹内侧前额叶皮层之间的功能连接性显著增强。

在另一实施例中，所述活动测量系统包括脑磁图系统。

在另一实施例中，所述活动测量系统包括脑电图系统。

在另一实施例中，所述活动测量系统包括光泵磁力计脑磁图脑部测量系统。

在另一实施例中，所述活动测量系统包括功能性近红外光谱系统。

在另一实施例中，所述活动测量系统包括眼睛扩张测量系统。

在另一实施例中，所述活动测量系统包括心率测量系统。

在另一实施例中，所述活动测量系统包括呼吸速率系统。

在另一实施例中，所述活动测量系统包括对象运动检测系统。

上面的一些项目并不一定是直接在对象的脑部上执行的测量。然而，当计算活动度量时，也可以包括诸如对象的眼睛扩张、心率、呼吸和不随意运动之类的项目。

在另一实施例中，所述控制算法被实施为查找表。

在另一实施例中，所述控制算法被实施为多维查找表。

在另一实施例中，所述控制算法被实施为神经网络。医学仪器和来自许多对象的神经活动度量的测量结果(作为模型参数的函数)能够用作用于训练神经网络的数据。

在另一实施例中，所述控制算法被实施为反馈回路。例如，控制算法可以实施负反馈控制系统。在其他示例中，控制算法实施比例积分微分控制器或闭环传递函数。

在另一实施例中，所述虚拟现实系统包括视觉显示器。

在另一实施例中，所述虚拟现实系统包括三维显示器。这可以是例如平面三维显示器或向对象的每只眼睛提供图像的其他系统。

在另一实施例中，所述虚拟现实系统包括虚拟现实头戴式设备或增强现实头戴式设备。这可以是有益的，因为它可以向对象提供生动或逼真的刺激。

在另一实施例中，所述虚拟现实系统包括头戴式耳机或音频扬声器或低音炮。这些项目中的每项都是有益的，因为它们可以向对象提供听觉刺激。

在另一实施例中，所述虚拟现实系统包括触觉反馈系统，所述触觉反馈系统可以例如用于模拟对象与刺激的交互。

在另一实施例中，所述虚拟现实系统包括加热器。

在另一实施例中，所述虚拟现实系统包括冷却器。

在另一实施例中，所述虚拟现实系统还包括用于提供手动触觉反馈指令的指令显示器。例如，助理或助手可以查看指令显示器，然后向对象手动提供触觉反馈。

在另一实施例中，所述虚拟现实系统还包括嗅觉刺激生成器，所述嗅觉刺激生成器可以例如用于模拟对象闻到的气味。

在另一实施例中，所述虚拟现实系统被配置用于使用节律性同步刺激来呈现多种感觉刺激。在这个示例中，以彼此同步的方式提供多种感觉刺激。这可以具有增强模拟可信度以及增强心理反应的益处。

在另一实施例中，所述模拟模块被配置为使得所述模型参数的增大引起所述神经活动度量的初始增大。例如，当将恐怖图像移近对象或者修改恐怖图像时，对象最初可能经历焦虑增加或者当对象确实经历焦虑时增大的脑部部分活动的增多。

在另一实施例中，如果所述神经活动度量高于所述第二预定值，则所述模型参数的减小是所述神经活动度量在其超过所述第二预定值时的速度的函数。在一些类型的神经刺激中，如果对象被过度刺激，刺激可能会适得其反。因此，缓慢地超过第二预定值可能比快速地超过第二预定值对对象的心理产生不同的作用或影响。如果神经活动度量超过第二预定值太快，则例如将模型参数降低到比缓慢时更低的值会很有益。

在另一实施例中，当所述神经活动度量超过第二参数值时，所述模型参数随着所述神经活动度量的所述速度的增大而减小。该实施例对于例如帮助防止对对象的过度刺激会很有益。

在另一方面，本发明提供了一种计算机程序，所述计算机程序包括用于由控制医学仪器的计算系统运行的机器可执行指令。所述医学仪器包括活动测量系统，所述活动测量系统被配置用于测量来自对象的脑部活动数据。所述医学仪器还包括虚拟现实系统，所述虚拟现实系统被配置用于向所述对象呈现模拟数据或者提供模拟数据。所述医学仪器还包括存储器，所述存储器存储模拟模型。所述模拟模型被配置为生成模拟数据。

所述模拟模型被配置用于使用模型参数来修改所述模拟数据。对所述机器可执行指令的运行使所述计算系统将所述模型参数设定为初始值。对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复地使用所述模拟模型来生成所述模拟数据。对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复地使用所述虚拟现实系统来呈现模拟数据。对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复地使用所述活动测量系统来测量所述脑部活动数据。

对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复地根据所述脑部活动数据来计算描述所述对象的神经活动的神经活动度量。对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复地执行以下操作：如果所述神经活动度量低于第一预定值，则增大所述模型参数以调整所述模拟模型。对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复地执行以下操作：如果所述神经活动度量高于第二预定值，则减小所述模型参数以调整所述模拟模型。

在另一方面，本发明提供了一种控制医学仪器的方法。所述医学仪器包括活动测量系统，所述活动测量系统被配置用于测量来自对象的脑部活动数据。所述医学仪器还包括虚拟现实系统，所述虚拟现实系统被配置用于向所述对象呈现模拟数据。所述医学仪器还包括存储器，所述存储器存储模拟模型。所述模拟模型被配置用于生成模拟数据。所述模拟模型被配置用于使用模型参数来修改所述模拟数据。

所述方法包括将所述模型参数设定为初始值。所述方法还包括反复地使用所述模拟模型来生成所述模拟数据。所述方法还包括反复地使用所述虚拟现实系统来呈现所述模拟数据。所述方法还包括反复地使用所述活动测量系统来测量所述脑部活动数据。所述方法还包括反复地根据所述脑部活动数据来计算描述所述对象的神经活动的神经活动度量。所述方法还包括反复地执行以下操作：如果所述神经活动度量低于第一预定值，则增大所述模型参数以调整所述模拟模型。所述方法还包括反复地执行以下操作：如果所述神经活动度量高于第二预定值，则减小所述模型参数以调整所述模拟模型。

在另一实施例中，所述方法还包括选择所述模拟模型，使得使用所述虚拟现实系统呈现所述模拟数据从所述对象唤起情绪或心理反应，所述情绪或心理反应最初通过所述模型参数的增大而增大。例如，可以通过让对象填写调查问卷来选择模拟模型。在其他示例中，可以由医疗保健提供者来提供模拟模型。在另外的示例中，可以通过将对象暴露于包含不同模拟模型的库来选择模拟模型，并且可以使用活动系统来测量该模拟模型以确定这些模型中的哪个模型唤起更大的情绪反应。

在另一实施例中，所述情绪或心理反应是恐惧。

在另一实施例中，所述情绪或心理反应是焦虑。

在另一实施例中，所述情绪或心理反应是紧张。

在另一实施例中，所述情绪或心理反应是抑郁。

在另一实施例中，所述情绪或心理反应是疼痛。

在另一实施例中，所述情绪或心理反应包括上瘾的想法。

在另一实施例中，所述情绪或心理反应包括不适应的想法。

在另一实施例中，所述情绪或心理反应包括控制不住的反应或想法。

应当理解，可以组合本发明的前述实施例中的一个或多个实施例，只要所组合的实施例并不相互排斥即可。

本领域的技术人员将意识到，本发明的各方面可以被实施为装置、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采用以下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或在本文中全部被通称为“电路”、“模块”或“系统”的组合了软件方面和硬件方面的实施例。此外，本发明的各方面可以采用被实施在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有被实施在其上的计算机可执行代码。

可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。本文使用的“计算机可读存储介质”涵盖可以存储能由计算设备的处理器或计算系统运行的指令的任何有形存储介质。计算机可读存储介质可以被称为计算机可读非瞬态存储介质。计算机可读存储介质还可以被称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质还能够存储能够由计算设备的计算系统访问的数据。计算机可读存储介质的示例包括但不限于：软盘、磁性硬盘驱动器、固态硬盘、闪速存储器、USB拇指驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘以及计算系统的寄存器文件。光盘的示例包括压缩盘(CD)和数字多用盘(DVD)，例如，CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语“计算机可读存储介质”还指能够由计算机设备经由网络或通信链路进行存取的各种类型的记录介质。例如，可以在调制解调器上、在互联网上或在局域网上检索数据。可以使用任何适当的介质来传输在计算机可读介质上实施的计算机可执行代码，所述任何适当的介质包括但不限于：无线、有线、光纤缆线、RF等，或前项的任何合适组合。

计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的部分的、在其中实施计算机可执行代码的传播的数据信号。这样的经传播的信号可以采用各种形式中的任何形式，包括但不限于：电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是这样的任何计算机可读介质：所述计算机可读介质不是计算机可读存储介质并且能够传递、传播或传输用于由指令执行系统、装置或设备使用的程序或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序。

“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的示例。计算机存储器是能由计算系统直接访问的任何存储器。“计算机存储设备”或“存储设备”是计算机可读存储介质的另外的示例。计算机存储设备是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储设备也可以是计算机存储器，或者反之亦然。

本文使用的“计算系统”涵盖能够运行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。对包括“计算系统”的示例的计算系统的引用应被解读为可能包含一个以上的计算系统或处理核。计算系统例如可以是多核处理器。计算系统也可以指在单个计算机系统之内的或被分布在多个计算机系统之间的计算系统的集合。术语“计算系统”也应被解读为可能指多个计算设备的集合或网络，所述多个计算设备中的每个均包括处理器或计算系统。机器可执行代码或指令可以由可以在相同的计算设备之内或者甚至可以被分布在多个计算设备上的多个计算系统或处理器来运行。

机器可执行指令或计算机可执行代码可以包括令处理器或其他计算系统执行本发明的一方面的指令或程序。用于执行针对本发明的各方面的操作的计算机可执行代码可以被写成一种或多种编程语言的任何组合，包括面向对象的编程语言(例如，Java、Smalltalk、C++等)和常规程序编程语言(例如，“C”编程语言或类似的编程语言)，并且被编译成机器可执行指令。在一些实例中，计算机可执行代码可以是高级语言的形式或是预编译的形式，并且可以与解读器联合使用，所述解读器在运行中生成机器可执行指令。在其他实例中，机器可执行指令或计算机可执行代码可以是用于可编程逻辑门阵列的编程形式。

计算机可执行代码可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为独立软件包、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景中，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，所述网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)的连接。

参考根据本发明的实施例的流程图图示和/或方法、装置(系统)以及计算机程序产品的框图描述了本发明的各方面。应当理解，在适当时能够由计算机可执行代码形式的计算机程序指令来实施流程图、图示和/或框图的框的每个框或部分。还应当理解，当互不排斥时，可以对不同的流程图、图示和/或框图中的框进行组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的计算系统以产生机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的计算系统运行的指令创建用于实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的单元。

这些机器可执行指令或计算机程序指令也可以被存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质能够指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备来以特定方式起作用，使得被存储在计算机可读介质中的指令产生制造品，所述制造品包括实施在流程图和/或一个或多个框图框中指定的功能/动作的指令。

机器可执行指令或计算机程序指令也可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以引起要在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的一系列操作步骤，从而产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上运行的指令提供用于实施在流程图和/或一个或多个框图框中指定的功能/动作的过程。

本文使用的“用户接口”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。“用户接口”还可以被称为“人机接口设备”。用户接口可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使得来自操作者的输入能够被所述计算机接收，并且可以从计算机向用户提供输出。换言之，用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，并且接口可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。在显示器或图形用户接口上显示数据或信息是向操作者提供信息的示例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触控板、指点杆、图形输入板、操纵杆、游戏手柄、网络摄像头、头戴式设备、脚踏板、有线手套、遥控器以及加速度计来接收数据是使得能够从操作者接收信息或数据的用户接口部件的全部示例。

本文使用的“硬件接口”涵盖使得计算机系统的计算系统能够与外部计算设备和/或装置交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许计算系统向外部计算设备和/或装置发送控制信号或指令。硬件接口还可以使得计算系统能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的示例包括但不限于：通用串行总线、IEEE 1394端口、并行端口、IEEE 1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口以及数字输入接口。

本文使用的“显示器”或“显示设备”涵盖适于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出视觉、听觉和/或触觉的数据。显示器的示例包括，但不限于：计算机监测、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管(CRT)、存储管、双稳显示器、电子纸、矢量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(VF)、发光二极管(LED)显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪以及头戴式显示器。

这里使用的活动测量系统是能够测量脑部活动数据的仪器。脑部活动数据是描述对象神经活动的数据。

这里使用的虚拟现实(VR)系统是一种能够向对象模拟感觉刺激的设备。VR系统通常包括三维显示器或虚拟现实眼镜，但也可以包括或由其他能够提供感觉刺激的设备形成，例如触觉反馈系统或生成器、温度控制系统如加热器或冷却器、声音系统如头戴式耳机和/或扬声器系统、和/或嗅觉系统

k空间数据在本文中被定义为是在磁共振成像扫描期间使用磁共振装置的天线记录的对通过原子自旋发射的射频信号的测量结果。磁共振数据是断层摄影医学图像数据的示例。

磁共振成像(MRI)图像或MR图像在本文中被定义为是对在k空间数据内包含的解剖数据重建的二维可视化或三维可视化。能够使用计算机来执行这种可视化。功能性磁共振图像是包含描述空间相关的神经或脑部活动的映射的磁共振图像。

附图说明

在下文中，将参考附图并且仅通过示例的方式描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1图示了医学仪器的示例；

图2示出了说明操作图1的医学仪器的方法的流程图；

图3图示了医学仪器的另外的示例；

图4图示了模拟数据的呈现的示例；

图5图示了模拟数据的呈现的示例；

图6图示了模拟数据的呈现的示例；并且

图7图示了模拟数据的呈现的示例。

附图标记列表

100 医学仪器

102 对象

104 对象支撑物

106 虚拟现实系统——虚拟现实眼镜

106’ 虚拟现实系统——嗅觉刺激生成器

106” 虚拟现实系统——头戴式耳机

106”’ 虚拟现实系统——触觉反馈系统

106”” 虚拟现实系统——温度控制系统(加热器和/或冷却系统)

110 活动测量系统

112 计算机

114 计算系统

116 硬件接口

118 用户接口

120 存储器

130 机器可执行指令

132 模拟模型

134 模拟数据

136 脑部活动数据

138 神经活动度量

140 模型参数

142 初始值

144 第一预定值

146 第二预定值

200 将模型参数设定为初始值

202 使用模拟模型来生成模拟数据

204 使用虚拟现实系统来呈现模拟数据

206 使用活动测量系统来测量脑部活动数据

208 根据脑部活动数据来计算描述对象的神经活动的神经活动度量

210 如果神经活动度量低于第一预定值，则增大模型参数以调整模拟模型

212 如果神经活动度量高于第二预定值，则减小模型参数以调整模拟模型

300 医学仪器

301 任选的EEG系统

302 磁共振成像系统

304 磁体

306 磁体的膛

308 成像区

309 感兴趣激发区域

310 磁场梯度线圈

312 磁场梯度线圈电源

314 射频线圈

316 收发器

320 脉冲序列命令

322 k空间数据

324 功能性磁共振成像

326 任选的EEG数据

328 控制算法

400 三维图像

402 蜘蛛(远处)

404 笼子

500 三维图像

402 蜘蛛(远处)

600 三维图像

602 友好的蜘蛛(近处)

700 三维图像

702 蜘蛛(近处)

704 腿毛

具体实施方式

在这些附图中，相似的附图标记的元件要么是等效的元件，要么执行相同的功能。如果功能是等效的，则将不必在后面的附图中再讨论先前已经讨论过的元件。

图1图示了医学仪器100的示例。对象102被示为当使用医学仪器100时躺在对象支撑物104上。医学仪器100包括虚拟现实系统。虚拟现实系统能够包括不同的部件。在一个示例中，虚拟现实系统包括虚拟现实眼镜106。虚拟现实系统还可以包括嗅觉刺激生成器106’。嗅觉刺激生成器可以释放气雾剂或其他量的一种或多种储存物质以刺激对象的嗅觉。

虚拟现实系统还可以包括头戴式耳机106”或用于向对象102提供音频信号的其他系统。虚拟现实系统还可以包括触觉反馈系统106”’。虚拟现实系统还可以包括温度控制系统106””，温度控制系统106””例如可以是用于加热或冷却对象102的身体部分的加热器和/或冷却系统。虚拟现实系统能够由这些部件中的任何一个或组合组成。

医学仪器100还被示为包括活动测量系统110，活动测量系统110被配置用于测量对象102的脑部活动数据。这里的活动测量系统110是代表性的。它例如可以是磁共振成像系统、脑磁图系统、脑电图系统、光泵磁力计脑磁图脑部测量系统、功能性近红外光谱系统、眼睛扩张测量系统、心率测量系统、呼吸速率系统、对象运动检测系统，以及其组合。

虚拟现实系统和活动测量系统110的各种部件被示为连接到计算机系统112的硬件接口116。计算机112包括计算系统114。计算系统114旨在表示可以位于一个或多个位置处的一个或多个计算系统或处理核。计算系统114被示为连接到硬件接口116。硬件接口116允许计算系统114与医学仪器100的其他部件交换数据以及控制医学仪器100的其他部件。计算系统114还被示为连接到任选的用户接口118和存储器120。存储器120旨在表示计算系统114可访问的任何类型的存储器。

存储器120被示为包含机器可执行指令130。机器可执行指令130使得计算系统114能够执行各种任务，例如，控制其他部件以及执行数据和图像处理任务。存储器120还被示为包含模拟模型132。模拟模型132被配置用于生成模拟数据134。本文使用的模拟数据134涵盖能够用于控制虚拟现实系统的各种部件向对象102提供感觉刺激以提供虚拟环境的数据。存储器120被示为包含由模拟模型132生成的模拟数据134。

存储器120还被示为包含由活动测量系统110测量的脑部活动数据136。存储器120还被示为包含已经根据脑部活动数据136计算出的神经活动度量138。存储器120例如可以包含根据脑部活动数据136计算一个或多个数值的算法，并且这可以是神经活动度量138。存储器120还被示为包含模型参数140。模型参数140是用于控制模拟模型132的参数。通过改变模型参数140，可以改变模拟模型132以模拟数据134的形式输出的内容。存储器120还被示为包含初始值142。如果对象102在开始使用医学仪器100时设定模型参数140，这可以是初始设定。存储器120还被示为包含第一预定值144和第二预定值146。调整模型参数140而使得神经活动度量138保持在第一预定值144与第二预定值146之间。能够使用各种控制算法来实现这一点。

图2示出了说明使用图1的医学仪器100的方法的流程图。首先，在步骤200中，将模型参数140设定为初始值142。接下来，在步骤202中，利用模拟模型132来生成模拟数据134。在步骤204中，利用虚拟现实系统106、106’、106”、106”’、106””的部件来呈现模拟数据134。然后，在步骤206中，使用活动测量系统110来测量脑部活动数据136。接下来，在步骤208中，根据脑部活动数据136来计算神经活动度量138。然后，在步骤210中，如果神经活动度量138低于第一预定值144，则增大模型参数。接下来，在步骤212中，如果神经活动度量138高于第二预定值146，则降低模型参数140。在完成了步骤212之后，该方法然后可以返回到步骤202，并且这可以作为闭环控制回路完成多次。

图3图示了医学仪器300的另外的示例。医学仪器300类似于图1所描绘的医学仪器，不同之处在于其被示为包括磁共振成像系统302和任选的EEG系统301。磁共振成像系统302以及在一些情况下还有任选的EEG系统301都能够用于提供脑部活动数据136。

磁共振成像系统302包括磁体304。磁体304是超导圆柱型磁体，该超导圆柱型磁体具有穿过其中的膛306。使用不同类型的磁体也是可以的；例如，也可以使用分裂式圆柱形磁体和所谓的开放式磁体。分裂式圆柱形磁体类似于标准圆柱形磁体，不同之处在于低温恒温器已被分成两段，以允许接近磁体的等平面，这样的磁体可以例如与带电粒子束治疗结合使用。开放式磁体具有两个磁体部段，一个在另一个之上，其间有足够大的空间以容纳对象：这两个部段区域的布置类似于亥姆霍兹线圈。开放式磁体很受欢迎，因为对象受到的限制较少。在圆柱形磁体的低温恒温器内部，存在超导线圈的集合。

在圆柱形磁体304的膛306内存在成像区308，在成像区308中磁场足够强且均匀而能够执行磁共振成像。感兴趣激发区域309被示为在成像区308内。采集的磁共振数据通常是针对感兴趣激发区域采集的。对象102被示为由对象支撑物104支撑，使得对象102的脑部区域在成像区308和感兴趣激发区域309内。EEG系统301被示为具有通向对象102的头部区的电极。

在磁体的膛306内还存在一组磁场梯度线圈310，这组磁场梯度线圈310用于采集预备磁共振数据，以对磁体304的成像区308内的磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈310连接到磁场梯度线圈电源312。磁场梯度线圈310旨在具有代表性。通常，磁场梯度线圈310包含三组单独的线圈，这三组单独的线圈用于在三个正交的空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源向磁场梯度线圈供应电流。供应给磁场梯度线圈310的电流是根据时间受控的，并且可以是斜坡变化的或脉冲变化的。

邻近成像区308的是射频线圈314，射频线圈314用于操纵成像区308内的磁自旋的取向，并且用于接收来自成像区308内的自旋的无线电发射。射频天线可以包含多个线圈元件。射频天线也可以被称为通道或天线。射频线圈314连接到射频收发器316。射频线圈314和射频收发器316可以被单独的发射线圈和接收线圈以及单独的发射器和接收器代替。应当理解，射频线圈314和射频收发器316是代表性的。射频线圈314还旨在表示专用发射天线和专用接收天线。同样，收发器316也可以表示单独的发射器和接收器。射频线圈314也可以具有多个接收/发射元件，并且射频收发器316可以具有多个接收/发射通道。例如，如果执行诸如SENSE之类的并行成像技术，则射频线圈314将具有多个线圈元件。

收发器316和梯度控制器312被示为连接到计算机112的硬件接口116。

存储器120还被示为存储脉冲序列命令320。脉冲序列命令320可以例如用于根据功能性磁共振成像协议来测量k空间数据322。功能性磁共振成像协议采集能够用于推断对象102的脑部中的哪个区域发生了脑部活动的数据。存储器120还被示为包含k空间数据322，k空间数据322是通过利用脉冲序列命令320控制磁共振成像系统302来采集的。存储器120还被示为包含功能性磁共振图像数据，该功能性磁共振图像数据是通过根据k空间数据322进行重建而提供的。存储器120还被示为任选地包含利用EEG系统301采集的EEG数据326。功能性磁共振图像324以及有时还有任选的EEG数据326可以用于提供脑部活动数据136。

存储器还被示为包含任选的控制算法328，该控制算法328可以用于在每次迭代循环后设定模型参数的值。这可以例如被实施为反馈回路或神经网络或其他控制算法。

图4-7用于说明模拟数据134的呈现如何能够随着模型参数140的变化而变化。图4描绘了三维图像400的表示。这里描绘的是一只在远处的在笼子404里的蜘蛛402。这例如可以是初始值142的图示。这幅图像中的蜘蛛没有威胁。这可能例如只会让害怕蜘蛛的人产生极少量的焦虑。这种模拟可以包括蜘蛛402在笼子里移动。

当模型参数改变时，图5表示三维图像500的变化。蜘蛛402仍然在远处，但是不再在笼子404里。随着对象变得适应这种情况，脑部活动数据136将减少，神经活动度量138也将减少。然后改变模型参数140以引起神经活动度量138至少暂时增大。这种模拟可以例如使蜘蛛在远离对象的一定距离处移动。

模型参数140已经增大，这使蜘蛛移动得更近。图6示出了具有更近的蜘蛛602的三维图像。描绘的蜘蛛有一个较为友好且人类学的外观。这种蜘蛛只有两只眼睛，腿上和身上没有毛发，只有微笑而没有尖牙。

随着对象变得更加适应这种三维图像或虚拟现实模拟，模型参数再次改变。图7示出了另一幅三维图像700——蜘蛛702的额外视图。蜘蛛702具有不太友好或更恐怖的外观，并且具有被修改的各种特征。例如，这个示例中的蜘蛛702具有额外的腿毛704。随着模型参数140的改变，模拟在图4-7中描绘的各种图像之间变形。通过以一定程度改变这一点，对象可以变得更加适应并最终消除对蜘蛛的恐惧。

实时fMRI脑部信号能够用作(例如在治疗期间)调整虚拟现实内容的工具。现有的调整方法仅仅包括从有限数量的预定义的固定图像和音乐片段中选择一幅图像或一个音乐片段。

治疗文献表明：当刺激内容是沉浸式的并且针对个体患者(对象102)的相关性专门个性化时，从治疗环境到现实世界的学习技能的转移是最大的。

示例可以通过根据患者的个人需求提供优化的虚拟现实治疗来克服当前方法的缺点。它包括用于沉浸式虚拟现实环境治疗的闭环个性化的系统和方法。个性化的虚拟现实治疗由刺激系统来提供，该刺激系统根据基于实时脑部活动测量(例如，实时fMRI、EEG、fNIRS等)的实时测量在参数上动态地调整特征表中的一个或多个变量(例如，恐惧物体的接近度、大小等)。

虚拟现实方法已被证明在精神病学和精神障碍的许多方面(例如，焦虑症、药物滥用、强迫症等)是有益的。它可以是从把焦虑症作为载体来解释示例开始的。

焦虑症会在特定的环境、情境中或对特定的对象产生严重的恐惧。例如，蜘蛛恐惧症就是对蜘蛛的恐惧，而幽闭恐惧症就是对狭小空间的恐惧。有许多不同类型的焦虑症会导致异常的想法、感觉或行为。心理学家长期以来一直在研究如何克服对无害情境或物体的恐惧。暴露治疗是一种有效的处置焦虑症的方法，并且促进了一种被称为恐惧消退的抑制性学习方法。恐惧消退被定义为在非强化暴露于恐惧条件刺激(CS)后的条件恐惧反应(CR)的下降。行为证据表明消退是抑制性学习的一种形式：随着时间的推移(自发恢复)，环境的变化(重新开始)，无条件刺激的无信号呈现(恢复)，消退的恐惧反应重新出现。因为这个原因：为了在很长一段时间内延长和维持这种抑制，在所有具有挑战性的情境和物体存在的现实世界中，保持恐惧消退是很重要的。

除了恐惧消退之外，值得一提的是，在抑郁的情况下，可能会表现出触发不适应的想法。在精神病中，会呈现幻觉，在疼痛处置中，会提供镜像视觉反馈等。这就是虚拟现实能够发挥主要作用的地方。

虚拟现实能够为治疗环境创建一个逼真的但实质上无害的训练情境，在该训练情境中，治疗师和有精神健康问题的患者一起工作来逐渐增大对恐惧情境或物体的暴露。

为了优化治疗效果，跟踪有精神问题的患者的情绪水平是有益的。暴露治疗的目的是逐渐熟悉/放松无害但会引起恐惧的物体或情境。因此，在经历的恐惧的强度中对处置疗程进行个性化是有益的。举个示例，对于害怕蜘蛛402、602、702的患者来说，蜘蛛的大小(图像402vs 602)、蜘蛛的毛发(704)数量、蜘蛛的接近度、颜色……都是能够在处置中调整的变量。最好在驱动虚拟环境中的内容的特征表中指定这些变量。除了视觉变量之外，我们还能够考虑触觉变量，比如蜘蛛在你手上爬行的刺痛感或者蜘蛛的声音。多种模态(视觉、触觉、听觉……)能够为“虚拟现实”中的内容添加特性。虚拟现实中的内容越逼真，治疗效果就越好，因为发生了学习到的(生态上有效的)环境对现实世界的转移效果。

fMRI神经反馈可以应用于学习和调节情绪。音乐可以用于引发情绪反应(即，温柔和痛苦试验)，并且对象可以通过向其提供关于其脑部激活的实时信息来自发调节所引起的情绪。在rtfMR-INFB期间，在虚拟环境BCI的颜色改变的引导下，参与者可以在基于ROI的rtfMRI-NFB期间实时增大隔下丘脑核区和杏仁核的活动，并且可以在基于SVM的rtfMRI-NFB期间成功唤起被分类为温柔和痛苦的脑部活动的分布式模式。

暴露治疗的一个目标是逐渐增大对无害但会引起恐惧的情境或物体的舒适度。为了做到这一点，虚拟现实工具能够呈现受控的训练情境，其中，治疗师能够引导有心理健康问题的患者应对引起恐惧的情境。能够通过实时生成最能够与患者的恐惧水平产生共鸣的内容来实现治疗效果的优化。示例可能用于暴露治疗。

对于其他治疗，虚拟现实(VR)工具可以应用于不同的目的：例如，对于药物滥用治疗，VR系统被用作以受控的、无害的方式引发渴求水平的刺激。当刺激内容是沉浸式的并且针对个体患者的相关性专门个性化时，从治疗环境到现实世界的学习技能的转移是最大的。

以焦虑为例，能够基于主观恐惧水平(通过类似视觉模拟量表的调查问卷来评定恐惧水平)来完成对治疗的个性化。

然而，将主观恐惧水平作为特征表的驱动因素存在一些缺点/问题/不利之处：

一个挑战是随着时间的推移持续跟踪主观感受是相当不切实际的。患者的注意力应该随着恐惧内容而逐渐放松，并且最好不要随着主观恐惧水平而持续判断。

另一个缺点是：患者不容易对恐惧进行客观评定。这可能导致虚拟现实的内容过冲，即，患者正暴露于太可怕的情境或物体，因此治疗效果停滞并且患者关闭而不进行进一步的暴露。

对于其他病症，类似的个性化方法同样遇到了患者对VR内容的反应的主观性问题。

示例可以通过提供沉浸式个性化刺激设备和方法以利用实时脑部信号帮助治疗来潜在地克服上面提到的缺点。

示例可以提供由方法和系统组成的途径来优化对患有精神或心理疾病(例如，焦虑)的个体的虚拟现实治疗。借助于膛内闭环刺激系统和方法来实现对治疗的优化。刺激系统实时重新调整沉浸式多感觉虚拟现实刺激，以便为个性化系统提供来自fMRI的实时输入。

具体的示例可以提供一种刺激系统和方法，其允许根据检测到的脑部活动来实时调整刺激条件(参数和特征)。

因此，示例可以提供作为闭环系统的刺激系统，其中，控制器采用脑部活动的实时测量结果来动态地和参数化地调整特征表中的变量，所述变量驱动了沉浸式多感觉个性化虚拟环境中的内容。

示例可以包括以下特征中的一个或多个特征：

功能性脑部激活监测单元(例如，fMRI、EEG、fNIRS、OPM、MEG等)；

虚拟现实治疗单元(医学仪器100、300)：

用于向用户提供虚拟内容106的设备；即，能够生成具有例如深度提示的沉浸式内容的头戴式设备或3D电视(或者是MR兼容的，或者是利用反射镜投影到MR膛中)，

用于提供感觉刺激或刺激组合的多感觉硬件设备(例如，用于生成蜘蛛刺痛觉的触觉刺激设备106”’)；

向能够刺激(优选与感觉刺激整合的)运动系统的硬件的任选扩展；

致动器单元：

收集监测单元的信息，

分析搜集的信息，

将信息发送到虚拟真实单元。

因此，示例可以包括一种系统和方法，其中，虚拟现实单元(即，3D显示器)用于呈现沉浸式虚拟环境，其中，要向精神病患者暴露的内容由特征表中的一个或多个变量(如情绪物体或情境的接近度、大小……)和脑部记录和处理单元(例如，实时fMRI、EEG、fNIRS……)来定义。

该系统可以包括其他监测单元，例如，用于监测生理参数(例如，心率、呼吸速率、皮肤电导、眼球运动和瞳孔宽度)的感觉单元。

下面描述了几个示例，其中，这些示例的技术特征的描述主要应用于一般病症。在进一步的示例中，针对特定的病症定义了系统的细节。

示例1：闭环系统：基于脑部活动测量对虚拟现实刺激的实时调整

对患者的脑部活动的实时测量用于调整被呈现给患者的虚拟现实刺激。

虚拟现实刺激系统包括一个刺激或一组感觉刺激，其优选包括至少一个视觉刺激。

视觉刺激能够由虚拟现实头戴式设备或任何其他显示器来创建。

在优选实施例中，显示器或VR头戴设备呈现3D图像信息——如将在实施例2中更详细地描述的那样。

在更先进的系统中，虚拟现实刺激可以包括其他类型的刺激，例如，听觉或触觉刺激——使用标准部件，例如，扬声器和触觉致动器(例如，振动设备、敲击设备等)。

脑部活动监控单元：可以通过以下系统之一来实时确定患者的脑部活动：

fMRI系统，其中，对象位于MRI机器的膛中，以便促进对对象的脑部(的至少特定区域)进行功能扫描，

EEG系统，其中，对象戴着带有一个或多个电极的帽子，这一个或多个电极测量对象的脑部的电活动，

OPM，其中，对象戴着带有多个光泵磁力计之一的帽子，这多个光泵磁力计测量对象的脑部的电活动，

fNIRS系统，其中，对象戴着带有一个或多个发光二极管的帽子，这一个或多个发光二极管测量对象的脑部中的血流。

该工作流程或方法可以包括以下步骤中的一个或多个步骤：

步骤1：布置对象而使得能够实时测量脑部活动，

步骤2：建立对象的脑部活动的基线测量。这条基线可以包括非情绪刺激，

步骤3：向对象提供第一治疗刺激并且测量相对于基线的脑部活动变化，

步骤4：基于脑部活动的这种变化在参数上改变刺激的至少一个特征(例如，对比度、大小、速度、颜色)，

步骤5：向对象提供新刺激并且测量相对于基线(或相对于作为对先前刺激的反应而测得的)的脑部活动变化，

步骤6：对一系列刺激重复步骤4和5，

步骤7：一旦完成所需的一系列刺激(唤起所期望的脑部活动)，就将对象从系统中移除。

特别地，该过程的步骤4可以针对患者的特定病症进行调整，并且将在下面进行详细描述。然而，在许多情况下，将考虑以下方面：

在感兴趣脑部区域(从感兴趣激发区域内选择的一个或多个体积)中测量的脑部活动响应在预期的方向上(低于第二阈值并且朝向第一阈值移动)的情况下，可以调整该特征以略微加强新刺激的效果。这代表了反馈是正面的情况。

在感兴趣脑部区域中测量的脑部活动响应是中性的(或者不在预期的方向上)的情况下，可以调整该特征以便强烈地加强新刺激的效果。这代表了反馈是中性的情况。

在感兴趣脑部区域中测量的脑部活动响应是中性的(或者不在预期的方向上)并且在脑部的非预期区域中测量到高于第二阈值的强响应的情况下，调整该特征以减弱新刺激的效果。这代表了反馈是负面的情况(即，对象对刺激做出负面反应)。如果这种情境持续下去，这一系列的刺激可能会中止。

示例2：使用3D深度线索来呈现恐惧物体

如上所述，操纵虚拟视觉刺激的主要因素之一是物体与对象的感知距离。

为此，在另一示例中，该系统包括3D显示器，该3D显示器包括例如透镜或者使用偏振眼镜。在任一情况下，使用实时脑部活动来修改3D图像的一个或多个特征，特别是与3D深度线索有关的特征。这样的特征例如是图像的3D深度、图像相对于显示器平面的位置以及其他双目线索。以这种方式，作为测量的用户的皮肤电导的结果，有可能例如操纵图像的位置以更靠近或更远离用户。为了实现最佳效果，3D显示器应被配置为显示最大的3D深度，更具体地是显示屏幕前方远处的物体的能力。这样的配置能够通过对透镜间距、透镜斜率、像素大小和像素上的图像呈现的特定选择来实现。

在将具有透镜的3D显示器与fMRI结合使用的情况下，对象使用在扫描器的膛中的对象头部上方以45度角放置的反射镜来最有利地观察显示器。因此，必须反转实际显示器上的图像，以便将图像正确地呈现给对象(即，物体以正确的方式对重力做出反应)。

示例3：多感觉节律性同步刺激

在该实施例中，刺激包括刺激的组合，例如以特定节律性同步方式的视觉、听觉和触觉刺激。

有证据表明：感觉模态的节律性同步组合有助于患者将注意力集中在感觉刺激上。本发明使用节律性同步信号的灵感来自于本ID提案的作者之一进行的基础神经科学实验，该实验是关于跨感觉脑部模态的信号一致性的行为效应。异模态一致性是脑部在一连串感觉信号中识别信号相关性的有效手段。有一种神经元机制专门用于将感觉模态的感知功能组合起来。这些神经元在影响意识经验的感知控制中起着重要作用。因此，信号一致性促进了自主感知控制的多模态机制，因为当来自另一感觉模态的信息与特定感知一致时，对特定感知有更多的支持。事实上，实验表明：当存在这样的一致性时，自主选择两个竞争感知之一的能力大大增强(在一些观察者中，对感知的控制增大了400％以上)。另外，飞利浦内部的研究表明：节律性同步视觉和听觉刺激确实会积极影响呼吸频率。此外，患者更放松，因为他们能够越来越多地关注刺激，而不是他们的紧张情绪[事实上，多感觉刺激已被证明可以降低血压]。总之，多感觉节律性同步刺激提高了刺激的沉浸感，从而更好地穿透感知脑部。例如，多感觉系统可以模仿蜘蛛的行走。

示例4：用于焦虑症的刺激设备

在这个示例中，考虑了对刺激系统的调整，以使得能够参数化地修改适合于患有焦虑症的对象的刺激。这里，该过程的一个潜在目标是在呈现焦虑引发的刺激后监测边缘系统的活动并达到以下一种状态，其中：

当存在相同的刺激时，活动减少，并且/或者

当刺激强度变得更高(即，应当引起更多的焦虑)时，该活动保持不变或者甚至减少。

为了说明操作原理，考虑由视觉刺激(在这种情况下是蜘蛛)的存在引起的焦虑(恐惧症)的情况。

这里，恐惧物体(例如，笼子404里的蜘蛛402)的虚拟存在基于所测量的对象的实时脑部活动而被调整。在这种情况下，所调整的特征是物体与对象的感知距离(关于如何使用3D物体呈现来实现这一点的细节，参见下面的实施例)。

该系统的操作如下：

步骤1：该系统从以下操作开始：在离用户第一距离(例如，1米)处呈现恐惧物体：这是刺激1；

步骤2：在提供了刺激1之后监测边缘系统的活动：预期活动将增加，

如果活动的增加高于预期，则认为刺激引起了太多的焦虑，并且考虑在超过第一距离(例如，2米)的第二距离处的新刺激，

如果活动的增加低于预期，则认为刺激不会引起太多的焦虑，并且考虑在小于第一距离(例如，0.8米)的第二距离处的新刺激，

如果活动的增加大致如预期的那样，则认为刺激引起了可接受水平的焦虑，并且发起重复第一刺激。如上所述，取决于新的活动水平，刺激将被拉近或远离；

步骤3：重复步骤1和2，直到达到所期望的边缘活动减少为止。

该计算参数现在将确定来自特征表中的一个或多个变量的值。在这个示例中，特征表中的变量可以是“与害怕的物体的接近度”。表中的其他特征可以是害怕的物体的大小，或者蜘蛛的毛发的量等。

示例5：用于一般精神障碍(例如，成瘾、疼痛、强迫症等)的刺激设备

本示例还可以用于其他应用，例如用于一般精神障碍，例如，成瘾、主观疼痛感知、强迫性神经病、其他恐惧症、PTSD、睡眠障碍、饮食障碍、双相情感障碍、精神分裂症等。

能够专门针对手头的精神障碍来(重新)调整刺激组合的刺激。

示例6：基于像心率和呼吸速率这样的生理量度来调整对恐惧物体的呈现

这个示例非常类似于前面的实施例，但是这里我们并不使用来自脑部扫描器的实时信号。取而代之的是，使用经由MR兼容的传感器收集的来自生理量度(例如，心率和呼吸速率)的实时信号。

示例7：包括运动系统

这个示例包括优选与感觉系统整合的运动系统。这里，人们能够想到患者的运动动作，其中，她/他试图通过移动手来击中蜘蛛。这里，刺激设备需要监测手，这能够利用常规方法来完成。在相关实施例中，脑部扫描器中的患者进行锻炼，例如，骑自行车。

实施例8：包括气味

该实施例包括取决于要模仿的物体的距离的气味的参与。

示例9：包括神经反馈

该实施例包括取决于由对象唤起的自主神经元活动的神经反馈的参与。

虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实施对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实施在权利要求中记载的若干项的功能。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如，与其他硬件一起或作为其他硬件的部分而供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如，经由互联网或其他有线或无线的电信系统进行分布。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims

1.一种医学仪器(100、300)，包括：

活动测量系统(110、301、302)，其被配置用于测量来自对象(102)的脑部活动数据(136)；

存储器(120)，其存储机器可执行指令(130)并存储模拟模型(132)，其中，所述模拟模型被配置为生成模拟数据(134)，其中，所述模拟模型被配置用于使用模型参数(140)来修改所述模拟数据，并且其中，所述存储器还包含控制算法(328)，所述控制算法被配置用于响应于接收到神经活动度量、第一预定值和第二预定值而输出所述模型参数，其中，对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统通过将所述神经活动度量、所述第一预定值和所述第二预定值输入到所述控制算法中来确定所述模型参数；

虚拟现实系统(106、106’、106”、106”’、106””)，其被配置用于呈现所述模拟数据；以及

计算系统(114)，其用于控制所述医学仪器，其中，对所述机器可执行指令的运行使所述计算系统将所述模型参数设定(200)为初始值(142)，其中，对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复执行以下操作：

使用所述模拟模型来生成(202)所述模拟数据；

使用所述虚拟现实系统来呈现(204)所述模拟数据；

使用所述活动测量系统来测量(206)所述脑部活动数据；

根据所述脑部活动数据来计算(208)描述所述对象的神经活动的神经活动度量(138)；

如果所述神经活动度量低于第一预定值(144)，则增大(210)所述模型参数以调整所述模拟模型；并且

如果所述神经活动度量高于第二预定值(146)，则减小(212)所述模型参数以调整所述模拟模型。

2.根据权利要求1所述的医学系统，其中，所述脑部活动测量系统包括磁共振成像系统(302)，其中，所述存储器还包含脉冲序列命令(320)，所述脉冲序列命令被配置为根据功能性磁共振成像协议来采集描述所述对象的感兴趣激发区域的k空间数据，其中，使用所述活动测量系统测量所述脑部活动数据包括控制所述磁共振成像系统采集所述k空间数据。

3.根据权利要求2所述的医学仪器，其中，所述磁共振成像协议是以下各项中的任一项：血氧水平相关的功能性磁共振成像协议，并且所述磁共振成像协议被配置用于测量在所述感兴趣激发区域内选择的一个或多个体积内的神经活动。

4.根据权利要求3所述的医学仪器，其中，所述一个或多个体积包括以下各项中的任一项：杏仁核、腹内侧前额叶皮层、额顶叶网络、海马体，以及其组合。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的医学仪器，其中，所述活动测量系统包括以下各项中的任一项：脑磁图系统、脑电图系统、光泵磁力计脑磁图脑部测量系统、功能性近红外光谱系统、眼睛扩张测量系统、心率测量系统、呼吸速率系统、对象运动检测系统，以及其组合。

6.根据权利要求1所述的医学仪器，其中，所述控制算法被实施为以下各项中的任一项：查找表、多维查找表、神经网络，以及反馈回路。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的医学仪器，其中，所述虚拟现实系统包括以下各项中的任一项：视觉显示器(106)、三维显示器(106)、虚拟现实头戴式设备(106)或增强现实头戴式设备、头戴式耳机(106”)、音频扬声器、低音炮、触觉反馈系统(106”’)、加热器(106””)、冷却器(106””)、用于提供手动触觉反馈指令的指令显示器、嗅觉刺激生成器(106’)，以及其组合。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的医学仪器，其中，所述虚拟现实系统被配置用于使用节律性同步刺激来呈现多种感觉刺激。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的医学仪器，其中，所述模拟模块被配置为使得所述模型参数的增大引起所述神经活动度量的初始增大。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的医学仪器，其中，如果所述神经活动度量高于所述第二预定值，则所述模型参数的减小是所述神经活动度量在其超过所述第二预定值时的速度的函数。

11.根据权利要求10所述的医学仪器，其中，当所述神经活动度量超过第二参数值时，所述模型参数的值随着所述神经活动度量的所述速度的增大而减小。

12.一种计算机程序，包括用于由控制医学仪器(100、300)的计算系统(114)运行的机器可执行指令(130)，其中，所述医学仪器包括活动测量系统(110、301、302)，所述活动测量系统被配置用于测量来自对象(102)的脑部活动数据(136)，其中，所述医学仪器还包括虚拟现实系统(106、106’、106”、106”’、106””)，所述虚拟现实系统被配置用于向所述对象呈现模拟数据，其中，所述医学仪器还包括存储器(120)，所述存储器存储模拟模型(132)，其中，所述模拟模型被配置为生成模拟数据(134)，其中，所述模拟模型被配置用于使用模型参数(140)来修改对所述模拟数据的生成，其中，对所述机器可执行指令的运行使所述计算系统将所述模型参数设定(200)为初始值(142)，其中，对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统反复执行以下操作：

使用所述模拟模型来生成(202)所述模拟数据；

使用所述虚拟现实系统来呈现(204)模拟数据；

使用所述活动测量系统来测量(206)所述脑部活动数据；

13.一种控制医学仪器(100、300)的方法，其中，所述医学仪器包括活动测量系统(110、301、302)，所述活动测量系统被配置用于测量来自对象(102)的脑部活动数据(136)，其中，所述医学仪器还包括虚拟现实系统(106、106’、106”、106”’、106””)，所述虚拟现实系统被配置用于向所述对象呈现模拟数据，其中，所述医学仪器还包括存储器(120)，所述存储器存储模拟模型(132)，其中，所述模拟模型被配置为生成模拟数据(134)，其中，所述模拟模型被配置用于使用模型参数(140)来修改所述模拟数据，其中，所述方法包括将所述模型参数设定(200)为初始值，

其中，所述方法包括反复执行以下操作：

使用所述模拟模型来生成(202)所述模拟数据；

使用所述虚拟现实系统来呈现(204)模拟数据；

使用所述活动测量系统来测量(206)所述脑部活动数据；

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法还包括选择所述模拟模型，使得使用所述虚拟现实系统呈现所述模拟数据从所述对象唤起情绪或心理反应，所述情绪或心理反应最初通过所述模型参数的增大而增大。