专利名称：一种心理治疗系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于心理疾病治疗的心理治疗系统。
背景技术：
虚拟现实是比较先进的综合性计算机人工智能手段，它能够通过计算机图形(CG) 技术和传感技术等工具营造出一个想象空间。而这种包含视觉、听觉和触觉多元化体验的 想象空间往往是真实世界里很难实现、甚至是不可能实现的。 对有心理疾病或障碍的人群来说，更多的是人们不愿去面对的现实体验。虚拟现 实则能够在心理治疗上为心理医生和患者搭建一个桥梁，使心理治疗能够在虚拟现实的帮 助下更好地进行。虚拟现实下的心理治疗方法由于其技术因素，决定了它省时省力，节省能 源体力，更具真实感，效果明显等重要特点。 现在，心理学正在越来越多地与虚拟现实技术结合。虚拟现实技术在心理学领域 中的研究通常涉及视觉感知心理与生理、听觉感知心理与生理、记忆与认知心理等内容。感 觉、知觉、记忆、思维、想象等认识事物的过程中的心理现象一直是心理学研究的重要课题。 利用虚拟现实技术制造的视觉、听觉系统可以很好地进行心理学研究。同时虚拟现实技术 的发展需要心理学的参与并且可以对其建立一些客观的评判标准。 随着心理学理论的发展及虚拟现实技术的完善，已经出现了针对特殊心理疾病开 发的虚拟现实心理治疗系统。诺丁汉大学社交研究及精神病学研究小组对用虚拟现实系统 治疗不同的恐惧症进行了研究。美国加州Kaiser-Permanente医疗小组开发了一套将虚拟 现实技术应用于恐高症治疗的试验系统，并且使得90%的参加者达到了治疗目标。 通过实验研究，出现了很多的虚拟现实心理治疗的实例。这些虚拟现实心理治疗 有些只是利用了虚拟现实的基本原理，如C. Botella等人对幽闭恐怖症的治疗、Brenda K 等人对飞行恐怖症的治疗等。还有一些更为接近实际意义虚拟现实的心理治疗方法和辅助 工具设计，它们基本以软件设计为主，对虚拟环境进行建模和重绘，通过视觉效果器和触觉 效果器等手段来实现互动。如治疗注意缺陷多动障碍、恐高症、创伤后应激失调等。这种虚 拟现实心理治疗软件的开发，由于其针对性太强，往往使治疗的患者对象群体比较单一。但 与非虚拟现实的治疗效果相比，作用效果十分明显。 虚拟现实应用的发展推动力来源于计算机虚拟现实技术的发展。随着科技及心 理学理论的发展，虚拟现实技术心理治疗领域开始得到广泛应用，并且向适用范围广、更真 实、互动性和沉浸感更强的趋势发展，将彻底革新基于想象世界的心理治疗现状。
发明内容本发明的目的是，利用心理治疗系统帮助心理疾病患者克服心理障碍，达到理想 的心理治疗效果。其结构包括用于人体特征采集的摄像头，视频处理及背景合成的计算机 组，安装在计算机上的语音识别模块，无线信息收发装置以及安装在患者身体上的微型电 机震动装置，摄像头与计算机之间通过数据线连接，微型电机与计算机之间通过无线信息收发装置进行通讯，计算机之间通过数据线连接。
1本发明的心理学原理 本发明的心理学原理是源于美国《科学》杂志在2007年8月发表的"体外经历"的 文献。该文指出利用简单的虚拟现实技术，科学家刻意欺骗了人们的大脑，使他们产生了少 有的体外经历和自觉意识。即一个人能够感受到他正在从自己的身体之外"看到"自己和 周围环境。被实验人感到自己的意识离开了身体，并从外部观察着自己的身体。这一研究 成果揭示了人类大脑在整合各种感官信息的过程中是如何产生混乱的意识。 英国伦敦大学学院的Henrik Ehrsson和瑞士联邦技术研究院的OlafBlanke分 别领导了两项实验验证了"体外经历"的现象，即通过简单的方法就可以轻易欺骗我们的大 脑。 实验的具体过程为 (1)健康状况良好的被实验人坐在椅子上，并在其后方2米处安放摄像机，用来拍 摄其背部姿态。然后再让被实验人戴上一幅特殊的眼镜，通过该眼镜中的屏幕，被实验人能 看到摄像机拍摄的图像。 (2)在摄像机前上下挥动棍子，同时用棍子接触被实验人胸部并作相同动作后，多 数被实验人都回答说，感觉自己的身体位于摄像机前方，自己好像是在从后面看着别人一 样。 (3)在体验环节(2)后，研究人员又用一把锤子向摄像机挥去，被实验人都做出了 感到恐惧的神经反射。这可以解释成被实验人感觉自己的身体处在摄像机前而做出的反应。 实验的结果证明，在视觉和触觉被分离后，大脑的感官信息处理变得混乱，于是大 脑创造出一个幻觉，使人感受到了一具并不真实存在的身体。 根据这一心理学原理，我们进行虚拟现实心理治疗的研究。将虚拟现实技术和心 理实验方法应用在心理治疗上，通过感官剌激，直观地感受虚拟的心理治疗环境。配合心理 医师的引导，进而达到治疗时间短，效果明显的目标。 2心理治疗系统的使用条件 首先要求患者能从虚拟视觉设备中实时观察自己当前的身体状况，模拟置身于假 想空间的场景，且要求达到人的思维和本体分离这样一个"体外经历"的效果。这样，对视 觉下虚拟本体进行剌激便能通过视觉影响到人的大脑，从而改善人的心理意识。其次，要求 在整个过程中都伴有医生的语声指引，同时能体验互动信号。通过语音和感知器件的提示 (可以是震动、发热等方式)加强患者意识共鸣。 3心理治疗系统结构 本发明结构包括用于人体特征采集的摄像头，视频处理及背景合成的计算机，安 装在计算机上的语音识别模块，无线信息收发装置以及安装在患者身体上的微型电机震动 装置，摄像头与计算机之间通过数据线连接，微型电机与计算机之间通过无线信息收发装 置进行通讯，计算机之间通过数据线连接。整体结构设计如图l所示。视觉部分以摄像头 为输入设备，通过USB传输采集的图像到图像处理单元。处理单元将人体从实际场景中提 取后置入虚拟环境视频中，并将背景环境、人物和前景动画进行实时合成。处理后由虚拟现 实眼镜输出到体验者的视野中。触觉部分以心理医生的指令为输入，通过程序消息管理，将得到的响应消息，发送给串口通讯设备，通过无线传输抵达作为触觉效果器的感知器件，使 体验者能感受引导信号。听觉部分以麦克风为输入设备，实时传输医生的指引，采用引马尔 可夫模型识别患者的简单回答。此外，还有配合虚拟场景的立体音乐，由消息管理器进行控 制输出。 其中，图像处理过程按流水线结构分布在两个处理单元中，按先后分别承担图像 采集处理和图像处理输出任务，两单元处理过程同时进行。对于一幅nXn大小的图像，流 水线结构能使图像处理的时间复杂度由n2降为n。实际上，两个处理单元中前者完成图像 采集和特征提取，后者完成与虚拟影像的合成和显示处理工作。 发明的硬件方面，硬件是影响处理速度的主要的因素。其中主要包含CPU、硬盘、 摄像头、网络适配器。考虑心理治疗系统的可移植性和接口开发的适应性，选择32位的处 理器和操作系统(Windows XP)。其次，由于实时速度的需求，导致实时图像处理算法不能 过于复杂，我们采用适应性强的帧差法进行人体识别，故本发明内存需求较小，实验中采用 512MDDR2内存，实际占用仅为20M左右(视实时图像复杂度而定)。第三，流水线结构要求 提供快速无延迟的网络通讯，因此本发明采取10M/s的LAN或PC对联方式。 为增强虚拟现实心理治疗系统的真实感，需要对患者的意识进行一定的引导。意 识引导手段包括视觉引导，语声引导和触觉引导。 对于视觉的提示引导，当人体特征实时视频采集处理之后，通过网络接口使第二 处理单元获得二值标记后的图像信息和二值图像前景点的全像素信息，通过图形处理第二 单元来实现视频的合成。视频的合成包括了前景动画、实时人像、以及背景视频三部分。前 景动画通过MFC与Flash软件接口进行参数传递实现；背景视频为事先采集的各种真实场 景。前景效果和背景动画都有各自的库进行存放，以供程序使用调出。在播放器窗口提取 虚拟背景的图像帧，坐标与原始实时人物视频、提取人物后得到的二值化图像均一一对应。 将二值图像标记为前景的背景图像区域，用原来每像素24比特彩色RGB图像像素信息替 换，所得到的即为虚拟背景下的人体图像。前景动画采用透明贴图的方式与前面结果逐帧 结合。合成视频的输出动态实时显示，提高心理治疗过程中的沉浸感。 语音引导由心理医生实时配合完成，对于触觉的提示引导。即在适当的时间给予 患者真实的触感。本发明采用无线信号传输模块，配合末端微型震动电机来实现触觉效果 器。整个装置分为发送器和接收器两部分。发送器负责与上位机通讯和无线信号的编码发 送；接收器负责接收信号并译码给触觉效果。系统的消息管理接口会根据指令的不同，通过 串口将传感信号送给信号发送器。发送器中的信号经过单片机89C52的译码操作和后继驱 动电路，到达2262无限发送模块进行无线信号发送。与此同时，人体携带的含有2272无线 接收模块的接收器就能根据接收到的无线信号，译码翻译出不同的响应消息，通过终端的 感知器件进行表达。 本发明的效果及益处是患者的心理状态会随着场景的体验而产生变化，调节虚 拟现实环境，通过震动，语音、视觉的交互，患者逐渐感到镇静并进入虚拟环境中来，由于摄 像头、震动电机、麦克价格低廉，便于患者坚持训练，有效缓解工作、生活中的压力，加入有 针对性的虚拟现实环境，长期坚持训练会使患者从心理疾病中康复出来。
图1为本发明的整体结构设计图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的结构和工作原理做进一步说明 —种心理治疗系统，治疗步骤如下 步骤1 :虚拟场景的配置，根据CMOS摄像头的物理特性和成像特点，以及人眼视 觉的特点来布置实验环境。采用C0MS摄像头，其对焦范围是50mm至无穷远，最大帧率为 30fps，图像色彩位数为24位真彩，USB2. 0接口连接。虚拟现实眼镜采用iTheater公司的 VG920C型视频眼镜。眼镜通过VGA接口接收视频信号，伴有双声道立体声音频输出。环境 光线为普通日光(室内外光线反差强烈可用白炽灯补偿即可)。处理单元采用两台成流水 线结构的计算机，核心处理频率均为2. 66G。选定2262/2272无线发送/接收模块进行震动 信号传输，实验中为单体人物移动。 步骤2:患者进入虚拟场景 由于CMOS摄像头感光器件的物理特性，患者进入虚拟场景后，患者到摄像头的距 离为要求3m以上，保证CMOS器件的感光效果，同时避免强光照射或光线过暗，视频图像大 小为320X 240X 3，通过PC中MFC环境下的软件来处理，合成背景为AVI格式的视频。系统 的显示端有两个， 一个是供患者进行虚拟现实体验的虚拟现实眼镜，另一个是心理引导人 员操作的系统PC控制台的显示器。 步骤3:患者虚拟心理治疗 在虚拟场景中，患者充分融入虚拟环境，将虚拟环境中的自己与现实中自己在意 识上高度协调与统一，当虚拟场景中的某些剌激如拍打等动作发生时，患者的现实身体产 生相应的感受，计算机根据身体传递回来的相应数据，判断虚拟的患者与现实中的患者意 识高度统一后，根据患者的心理状况给出不同的治疗场景与治疗方案，引导患者的心理冲 破心理障碍，达到治疗目的。以下例子是根据心理学界著名的"软酥鸭卵"案例做出的，针 对精神紧张的放松治疗方案患者戴上虚拟眼镜后，首先出现在患者眼前的是一面墙，中间 是一扇门，当患者将手放在虚拟场景中的门把手上，将门打开，门外有明媚的阳光，湛蓝的 天空，绿绿的草地。患者席地而坐，一朵朵白云不断飘来。患者通过麦克简单回答系统的一 些心理问题后，逐渐体会到一个水晶鸭卵出现在自己的头上方，然后向患者的两肩、腰部， 腿部不断融化，融化到相应的器官时，患者会感到该器官部位有相应湿湿的感受。等整个水 晶鸭卵全部溶解后(由系统PC控制台控
权利要求一种心理治疗系统，其结构包括用于人体特征采集的摄像头，视频处理及背景合成的计算机组，安装在计算机上的语音识别模块，无线信息收发装置以及安装在患者身体上的微型电机震动装置，摄像头与计算机之间通过数据线连接，微型电机与计算机之间通过无线信息收发装置进行通讯，计算机之间通过数据线连接。
专利摘要一种心理治疗系统，其结构包括用于人体特征采集的摄像头，视频处理及背景合成的计算机组，安装在计算机上的语音识别模块，无线信息收发装置以及安装在患者身体上的微型电机震动装置，摄像头与计算机之间通过数据线连接，微型电机与计算机之间通过无线信息收发装置进行通讯，计算机之间通过数据线连接。本实用新型采用视觉、声觉、触觉融合处理、实时的完成患者心理治疗的需求。
文档编号A61B5/16GK201453284SQ20092007645
公开日2010年5月12日 申请日期2009年6月17日 优先权日2009年6月17日
发明者张利, 李家驹, 程国强, 管日贵 申请人:上海风点信息科技有限公司