Łukasz Sejmej Robert Lubaś Systemy VR oparte o HMD w leczeniu PSTD i innych zaburzeń.
Wstęp Head-mounted display (HMD) w wolnym,lekko frywolnym, tłumaczeniu monitor nagłowowy, to użądzenie wyświetlające obraz które jest mocowane na głowie użytkownika jako integralna część hełmu. W zamierzeniu HMD ma generować obraz bezpośrednio dla oczu oraz zasłaniać wszystkie zewnętrzne obrazy, dzięki czemu możliwe jest stworzenie nowej wizualnej rzeczywistości. W skład podstawowej jednostki HMD wchodzą: jeden albo dwa wyświetlacze (jak najmniejsze, używane technologie: CRT, LCD, Lcos, OLED) półprzeźroczyste lustra (wmontowane w hełm, ograniczające wizję na zewnątrz) soczewki (przystosowujące obraz dla oka) Rys. 1 założony HMD Dodatkowo wyświetlacze mogą być modyfikowane zapewniając większą rozdzielczość dla obrazu naprzeciw oka, zmniejszając ją wraz z wzrostem kątu patrzenia dzięki temu uzyskujemy dobry obraz ograniczając potrzebne zasoby (przy wysokich kątach patrzenia obraz nie musi być bardzo ostry). Rys. 1 - HMD Wraz z zastosowaniem wyróżniamy dwa typy HMD: całkowicie wirtualny (wirtualna rzeczywistość, VR) odcina on użytkownika całkowicie od zewnętrznego świata generując całkowicie nowy, wirtualny na podstawie komputerowych wyświetlaczy. Częsciowo wirtualny (rozszerzona rzeczywistość, AR) do użytkownika są dopuszczane w dalszym ciągu normalne sygnały wizualne, jednak wzbogacone. Dzięki używanym w HMD lustrom możemy łatwo narzucić na realny obraz dodatki, generując w ten sposób np. HUD (head-up display), z którego korzysają aktywnie np. piloci myśliwców. Wraz z zastosowaniem wyróżniamy dwa typy HMD: całkowicie wirtualny (wirtualna rzeczywistość, VR) odcina on użytkownika całkowicie od zewnętrznego świata generując całkowicie nowy, wirtualny na podstawie komputerowych wyświetlaczy. częsciowo wirtualny (rozszerzona rzeczywistość, AR) do użytkownika są dopuszczane w dalszym ciągu normalne sygnały wizualne, jednak wzbogacone. Dzięki używanym w HMD lustrom możemy łatwo narzucić na realny obraz dodatki, generując w ten sposób np. HUD (head-up display), z którego korzysają aktywnie np. piloci myśliwców.
Głównymi polami zastsowań HMD (zarówno VR jak i AR) są: wojskowe (w/w piloci, szkolenia, leczenie PTSD) rządowe (policja, straż pożarna stosunkowo młoda dziedzina) komercyjne (medycyna, gry wideo) Rys. 2 Wojskowy HMD na jedno oko (noktowizor, miernik odległości), działa na zasadzie wzbogaconej rzeczywistości Parametry ważne dla HMD: obraz stetoskopowy dzięki możliwości wyświetlania osobnych obrazów dla każdego oka możliwe jest uzyskanie pełnego efektu 3D. Jednak w związku z ograniczeniami ludzkiego oka (mały rozstaw), pełne wrażenie trójwymiarowości można uzyskać tylko dla przedmiotów odległych od patrzącego o conajmniej 8cm, jednak nie dalszych niż 9m (tzw. Optyczna nieskończoność). Tylko w tym zakresie ocena odległości jest dobra, dalej obraz dla obu oczu jest taki sam, co uniemożliwia poprawną interpretacje odległości. Field of View (FOV) czyli zakres widzenia. U ludzi kształtuje się w okolicach 180, jednak większość użądzeń HUD zapewnia o wiele mniej. Z doświadczeń wynika jednak że zapełnienie wyświetlaniem 25 zakresu widzenia jest wystarczające dla stworzenia wirtualnej rzeczywistości. Rozdzielczość w przypadku HMD nie jest istotna rodzielczość całości obrazu lecz ilość pixeli na 1. Dzięki temu można łatwo porównać uzyskany efekt niezależnie od odległości wyświetlacza od oka. 60 pixeli na stopień jest uznawane za wartość optymalną, powyżej której zmiana ilości pixeli nie jest zauważalna. Niestety w tej chwili najbardziej zaawansowane systemy HMD oferują najwyżej 20 ppd (pixels per degree). Nakładanie się pól widzenia przy generowaniu osobnego obrazu dla obu oczu bardzo ważną rzeczeą jest wiedza o tym która część obrazu zostanie przekazana do lewego oka, która do prawego i która do obu. Dla człowieka szerokość nakładania się obrazu dla obu oczu wynosi około 100. Im większy zakres nakładania się obrazu oferuje HMD tym lepsze wrażenie wirtualnej rzeczywistości otrzymujemy. Odległość skupienia techniki optyczne są używane do prezentowania obrazu w sposób pozwalający oczom na zmianę punktu skupienia pomimo tego iż obraz wyświetlany jest cały czas w tym samym punkcie. IPD czyli rozstaw oczu, bardzo ważny parametr w tworzeniu WR za pomocą HMD. Ze względu na sposób adaptacji obrazu do rzeczywistości HMD można podzielić na: trwałe obraz jest niezależny od położenia użytkownika zgodne z ruchamy głowy obraz zmienia się wraz z ruchem głowy, jest to możliwe dzięki użądzeniom mierzącym zmiany w położeniu zgodne z ruchami gałek ocznych obraz zmienia się zależnie od tego w którą stronę zwrócimy oczy Rys. 1 HMD pilota wzbogacający rzeczywistość
Krótkie o technikach śledzenia ruchu gałek ocznych jako istotnej w naszym przypadku: 1. Śledzenie ruchu oka na podstawie badania fizycznego za pomocą użądzenia przymocowanego do narządu, takiego jak np. specjalna soczewka. Dzięki specjalnej budowie soczewka w odpowiedni sposób odbija pole magnetyczne, co pozwala uzyskać bardzo dokładne rezultaty. 2. Metoda bezkontaktowa. Teoretycznie jest bardzo podobna do metody pierwszej, jednak zamiast na polu magnetycznym i sztucznym lustrze bazuje na świetle odbitym od powierzchni oka. Jest to najczęściej używana metoda, gdyż jest ona bezinwazyjna i niedroga. Niestety mniej dokładna niż pierwsza. 3. Trzecia metoda bazuje na różnicy potencjałów elektrycznych mierzonych za pomocą elektrod ułożonych dookoła oka. Dużą zaletą tej metody jest to że oczy mogą być zamknięte. Dodatkowo wymagana moc obliczeniowa jest bardzo niewielka. Zastosowania w leczeniu zaburzeń VR- rozszerzona rzeczywistość znajduje zastosowanie w medycynie jako narzędzie diagnostyczne, sposób na zaplanowanie leczenia, do leczenie wahań emocjonalnych oraz do psychicznej rekonwalescencji. System VR zazwyczaj zawiera cztery główne elementy: komputer (500MHz co najmniej ) z zaawansowanym układem graficznym oprogramowanie symulujące wirtualne środowisko urządzenie śledzące dostarczające komputerowi niezbędnych informacji o użytkowniku system wyświetlający taki jak monitory wysokiej rozdzielczości lub system HMD VR jest narzędziem diagnostycznym. Wirtualna rzeczywistość szybko znalazła duże uznanie w środowisku medycznym wtedy gdy naukowcy przedstawili lekarzom wiedzę o jego wielkim potencjalne. W Stanach Zjednoczonych zostały zainwestowane ogromne pieniądze w badania i rozwój technologii VR, zwłaszcza przez wojsko, które traktuje VR jako narzędzie zarówno do celów szkoleniowych jak i do rehabilitacji psychospołecznej. Natomiast National Institute on Drug Abuse bardzo podkreśla użyteczność technologii VR w medycynie.
Analiza wykazała, że VR używana jest do leczenia pacjentów z problemami psychologicznymi Można powiedzieć, że ten obszar jest jednym z najbardziej obiecujących zastosowań praktycznych technologii VR. Na przykład, wykorzystanie VR okazuje się cenne w leczeniu zaburzeń lękowych. Technologia VR pozwolił lekarzom w leczeniu pacjentów bardziej skutecznie i efektywnie, bez obawy o nadmierne koszty, utratą poufności, bezpieczeństwa i ograniczenia. Przede wszystkim technologia VR jest technologią pozwalającą zapełnić lukę w wyobraźni. Na przykład niektórzy ludzie czują się przytłoczeni na samą myśl o locie samolotem lub o ruchliwej autostradzie. VR umożliwia im stawieniu czoła fobii i przekonaniu się, że można zapanować nad sobą i odzyskać kontrolę nad swoim życiem. Zdają sobie strawę ze zawsze można ściągną HMD w przypadku gdy dawka emocjonalna będzie zbyt wielka. Wirtualną rzeczywistość stosuję się do leczenia między innymi problemów z jedzeniem u ludzi otyłych jak i u ludzi ze zbyt niską wagą Zastosowania w leczeniu PTSD PTSD jest zespołem zaburzeń lękowych wynikających z przeżycia traumatycznego wydarzenia. Powodowane jest ono przez stres, o znacznym nasileniu, przez co doprowadza do kryzysu psychicznego. Czynnik stresogenny(wg amerykańskiej klasyfikacji DSM-IV) związany jest z rzeczywistą śmiercią, zagrożeniem życia bądź poważnym zranieniem, zagrożeniem fizycznej integralności własnej, wywołujący w chwili zadziałania intensywny strach, poczucie głębokiej bezradności lub przerażenie. Zdecydowanie częściej zespół stresu pourazowego rozwija się po traumach spowodowanych przez ludzi (walka, wojna, atak terrorystyczny, brutalna przemoc, gwałt) niż związanych z katastrofami naturalnymi (pożar, huragan, powódź). W ostatnich latach coraz większym problemem są zaburzenia typu PTSD u osób będących uczestnikami bądź ofiarami wypadków komunikacyjnych. Powoduje to opracowywanie specjalnych programów terapeutycznych dla tego rodzaju poszkodowanych. U niektórych osób zaburzenie może utrzymywać się przez wiele lat i przejść w trwałą zmianę osobowości. VR Symulacje wykazują obiecujące wyniki w leczeniu różnych zaburzeń pourazowego stresu. Wirtualny świat pogrąża pacjenta w dynamicznej symulacji gdzie może zmierzyć się z jego najbardziej strasznymi wspomnieniami. Na podstawie podejścia terapeutycznego zwanego stopniem ekspozycji, system VR umożliwia terapeucie dostosować intensywność doświadczeń w locie, aby dopasować do potrzeb konkretnego pacjenta. Terapia VR jest używana z poszerzającego się zakresu PTSD, w tym przypadków przemocy w rodzinie, cywili, którzy przeżyli ataki terrorystyczne i stres pola walki u weteranów wojennych. Zapewniając skuteczną terapię dla pacjenta w wirtualnym świecie, która ma być emocjonalnie ważna dla niego, jest potrzeba stworzenia świata, który będzie inspirował pacjenta oraz odwoływał się do jego wspomnień. Kontrola nad stworzeniem niezbędnych symulacji, kontrola nad sprzętem oraz dynamiczne zmiany otoczenia należy do terapeuty. Zadaniem lekarza jest tak modelować wirtualny świat aby dostarczał on pozytywnych wrażeń estetycznych i emocjonalnie oddziaływał na pacjenta. Jeżeli te warunki zostaną spełnione to terapia będzie skuteczna. Aby wirtualna rzeczywistość była jeszcze lepsza w leczeniu wymagana jest ścisła współpraca z lekarzami i naukowcami. Poniżej kilka przykładów pierwszej ręki światów leczenia PTSD. Wielu żołnierzy powracających z pola bitwy w Iraku posiadało różny stopień zaawansowania PTSD. Aby pomóc tym ludziom stworzona wirtualną rzeczywistość modelującą wojnę w Iraku.
Pacjent widział stado ptaków, matki z dziećmi ogólnie spokojne obrazy, jadąc w opancerzonym wozie patrolowym po irackim mieście. Nie zawsze scenariusz jest taki kolorowy. Następnym razem taki patrol może zostać ostrzelany lub w jakieś bezpiecznej odległości może eksplodować ładunek wybuchowy. Terapeuta podczas leczenia zwraca uwagę na reakcję pacjenta i dostosowuje odpowiednie scenariusze. Złożenie takiej terapii z odpowiednią dawka emocji i leków powoduję całkowite wyleczenie lub zmniejszenie strachu przed tego typu zdarzeniom. Podsumowanie