一種眼動脫敏訓練儀的研制

金偉，黃清，瞿發林

解放軍聯勤保障部隊第九〇四醫院 （江蘇常州 213003）

國內外研究數據發現，遭遇創傷性事件者中創傷后應激障礙（post-traumatic stress disorder，PTSD）的發病率為10%～20%，終生患病率為8%（女性為10%，男性為5%），且大約50%的患者為慢性病程，約1/3患者的病程超過10年[1-2]。由于存在病程遷延和共病率高的特點，PTSD 所造成的社會負擔也是十分沉重的。眼動脫敏是快速、簡單、安全、高效地實時干預這類患者和控制發病率最有效的手段[3-4]。目前，現有技術主要是通過外置的光源引導患者進行眼動訓練，訓練過程中存在依從性不高、難以實時追蹤及無法量化評估等問題，從而影響下次訓練治療的有效開展[5]。

虛擬現實（virtual reality，VR）技術是連接人與虛擬技術世界的鑰匙，它是利用電腦將人置于一個三維空間，使其感受模擬的觸覺、視覺、聽覺，可以無限地觀察產生的景象。2005年，英國的一項研究發現，VR 技術對于自閉癥有一定的治療作用，90%的自閉癥患者能準確辨認虛擬世界中的人類表情。基于沉浸感、交互性及想象性的特性，VR 技術可以使患者的聽覺和視覺更好地帶入其中，使患者在虛擬世界中自然地交流、動作，并能構建其認知結構，進而影響其現實世界，并且VR 不受時間、空間的影響，極其適合心理學中的治療。本研究針對以上問題，基于VR 技術研制了一種眼動脫敏訓練儀，用于PTSD 患者的研究，使患者置于一個虛擬環境，讓其與虛擬世界人物進行交互，通過整體環境影響患者的情緒、想法，從根本上消除其不良情緒，從而達到干預治療的目的[6-8]。

1 系統設計

1.1 總體設計

眼動脫敏訓練儀的整體設計見圖1。整個儀器的CPU處理模塊按功能結構可分為七部分，包括腦電傳感模塊、眼動追蹤模塊、VR 視頻模塊、數據處理模塊、存儲模塊、顯示模塊及電源模塊。其中腦電傳感模塊實現對患者精神狀態的實時監測；眼動追蹤模塊實現對患者眼動狀態的實時監測；VR 視頻模塊實現對患者訓練場景的呈現；數據處理模塊實現對患者監測數據的分析、評估；存儲模塊實現對患者腦電、眼動信息和訓練記錄的存儲；顯示模塊實現對患者監測數據的呈現；電源模塊實現對儀器運行的供電。

圖1 眼動脫敏訓練儀的整體設計

1.2 整體結構

眼動脫敏訓練儀的整體結構見圖2。該儀器主要由VR眼鏡、顯示器系統及主機系統組成。

圖2 眼動脫敏訓練儀的整體結構

1.2.1 VR 眼鏡

VR 眼鏡主要由VR 頭戴式耳機、固定帶及腦電傳感器組成，其一端安裝有固定帶，固定帶上安裝有9個腦電傳感器。VR 眼鏡內部設有體感攝像機，體感攝像機由存儲模塊、控制模塊和眼動追蹤儀組成，其中存儲模塊與控制模塊雙向電性連接，腦電傳感器的輸出端與控制模塊的輸入端單向電性連接，眼動追蹤儀的輸出端與控制模塊的輸入端單向電性連接，USB 端口與控制模塊雙向電性連接。腦電傳感器、眼動追蹤儀分別對患者的腦電和眼動狀態進行檢測并傳輸至控制模塊，控制模塊將反饋的信息通過USB 端口傳送給主機。VR 眼鏡結構示意圖見圖3，體感攝像機原理示意圖見圖4。

圖3 VR 眼鏡結構示意圖

圖4 體感攝像機原理示意圖

1.2.2 顯示器系統

顯示器系統由顯示器與底座組成，顯示器的下方設置有顯示器底座，且顯示器底座與顯示器為一體結構。

1.2.3 主機系統主機系統主要由七部分組成，包括主板、CPU、顯卡、內存條、電源、硬盤及USB 端口。

1.3 工作原理

眼動脫敏訓練儀的工作原理見圖5。在訓練過程中，CPU 通過主板將測試動畫傳輸給VR 眼鏡，VR 眼鏡接收到動畫視頻后進行顯示，并將患者腦電和眼動信息通過USB 端口傳輸給主板，由主板傳輸給CPU，CPU 進行快速運算并傳輸給顯示器進行顯示。

圖5 眼動脫敏訓練儀的工作原理

2 操作流程

第一步：打開主機并運行軟件系統，患者佩戴VR 眼鏡，確保VR 眼鏡固定帶上的腦電傳感器與頭皮貼合，然后開始訓練。第二步：VR 眼鏡呈現熱身場景，腦電傳感器和眼動追蹤儀同步后臺采集數據，結束后評估出訓練閾值。第三步：VR 眼鏡呈現訓練場景，眼動追蹤儀根據呈現的訓練場景進行反饋訓練，心理治療醫師或訓練評估師可以根據現場情況進行調節，同時后臺同步采集數據，顯示器全程實時顯示數據，待結束后，評估眼動追蹤儀采集的數據。第四步：VR 眼鏡呈現恢復場景，訓練全程完成。

3 主要技術參數

（1）CPU：采用Intel 酷睿i5 8400。（2）顯卡：采用藍寶石RX 580。（3）硬盤：采用希捷Barracuda。

4 評估方案

（1）熱身場景：心理治療醫師或訓練評估師根據腦電和眼動采集數據的分析結果評估出閾值（分值0～10分），即開始訓練時的痛苦程度。（2）訓練場景：心理治療醫師或訓練評估師對患者腦電和眼動采集數據進行實時監測，并進行動態分析。（3）恢復場景：心理治療醫師或訓練評估師根據腦電和眼動采集數據的分析結果評估出閾值（分值0～10分），即結束訓練時的痛苦程度。（4）根據開始、結束訓練時的分值差，評估本次訓練效果。

5 應用效果

通過實際應用發現，與傳統的眼動脫敏治療技術相比，該儀器實現了快速、簡單、高效的實時干預，且具有以下優點。（1）患者依從性高：采用VR 眼鏡為輸出方式，患者可以完全沉浸在訓練設置中，使訓練過程中更加準確和可靠，患者的依從性更高。（2）可實時追蹤：通過VR 眼鏡內置的眼動追蹤儀，可實時引導患者的眼動過程，達到訓練效果最大化[9]。（3）可實現量化評估：通過VR 眼鏡固定帶上的腦電傳感器可在訓練過程中實時收集患者的腦電和眼動信息，從而對訓練效果進行量化評估[10]。（4）安全性高：通過設置腦電傳感器可以實時監測患者的腦電變化，實現對患者精神狀態的實時觀察，保證患者訓練時的安全。

6 下一步研究方向

PTSD 是部隊平戰時的多發病之一，緊張的軍營生活、實戰訓練殘酷的場面等因素均可導致戰士由于心理負擔過重而誘發各種心理疾病，如得不到及時治療，不僅戰士個人痛苦，也擾亂了部隊的正常秩序，特別是戰時，戰爭的殘酷性更容易誘發心理疾病，使部隊的非戰斗減員增加，直接影響部隊的戰斗力[11]。目前，該儀器主要用于社會上遭遇創傷性事件后的PTSD 患者的訓練治療，下一步，我們將在現有眼動脫敏治療研究進展的基礎上，在戰時傷病救治領域中開展研究，應用于部隊精神心理防治。

7 小結

本研究研制的眼動脫敏訓練儀運用VR 形式，并采用三段式的評估訓練步驟，使患者以最舒服的方式沉浸在訓練過程中，通過實時的數據采集和反饋，方便心理治療醫師或訓練評估師最大化地把控訓練過程，達到最佳的訓練效果。經臨床試用觀察，該儀器可以很好地適應患者的個人心理狀況，提高治療效果，可作為醫院開展心理疾病治療的輔助設備。