Виртуальная медицина. Какие болезни лечат с помощью VR

Виртуальная реальность — это искусственный мир, созданный техническими средствами. Взаимодействуя с ним, человек получает интерактивный опыт через свои ощущения (зрение, слух, осязание). Пионером практического применения VR в медицине был американский профессор Роберт Манн, который в 1965 году представил систему для обучения врачей-ортопедов. Постепенно виртуальная реальность проникла и в другие области медицины — профилактику, диагностику, лечение, реабилитацию.

В реабилитации и лечении пациентов применяется виртуальная реальность как с погружением, так и без него. В первом случае технология дает иллюзию пребывания в среде, в которую человек погружается с помощью VR-шлемов/очков, тактильных устройств. Во втором пользователь видит искусственный мир на экране компьютера или мобильных устройств и взаимодействует с ним с помощью мыши и клавиатуры.

Дополненная же реальность «расширяет» физический мир виртуальными объектами, накладывая их на наше окружение посредством AR-шлемов, очков и специальных приложений.

Первая медицинская AR-разработка, созданная в 1993 году, предназначалась для облегчения навигации незрячих пациентов. Сегодня AR активно используется в предоперационном планировании и во время хирургических вмешательств. Например, позволяет создать разметку при различных операциях: границы органов подсвечиваются, что облегчает работу хирурга.

VR и AR в реабилитации после инсульта

VR-тренинги применяются для реабилитации пациентов с двигательными нарушениями, вызванными поражением головного мозга. Зачастую в таких случаях стандартные методы реабилитации не работают. Например, около трети людей с постинсультным плечевым парезом не восстанавливают прежнюю моторику даже после полугодовой реабилитации. Это приводит к чувству безысходности, апатии и депрессии, отсутствию желания продолжать лечение.

В отличие от традиционных методов, VR-тренинги повышают мотивацию к терапии. Они погружают мозг в иллюзорную обстановку, что отвлекает от тревожных мыслей и побуждает к занятиям через игровые действия. Во время VR-реабилитации человек сразу видит результаты своих усилий: за успешное выполнение задания он получает виртуальные баллы, игровые достижения, место в таблице рейтингов.

Эффективная методика восстановления двигательной активности после инсульта — «наблюдение и подражание»: пациент какое-то время наблюдает за действиями, которые он выполнить не может, а после пытается их повторять. Она активизирует зеркальные нейроны, отвечающие за обучение новым навыкам через имитацию. Виртуальная реальность идеально подходит для этой методики.

Возбуждение зеркальных нейронов повышает активность структур ЦНС, отвечающих за планирование, и двигательную кору головного мозга, стимулирующую сокращение мышц. Всё это способствует восстановлению моторики.

Мощный реабилитационный эффект демонстрируют VR-системы, оснащенные тактильной обратной связью. Такой функцией обладает тренажер ReviVR, разработанный учеными из самарского Института инновационного развития.

Действие тренажера направлено на восстановление подвижности ног. Пациент погружается в искусственный мир с помощью VR-очков. Тактильная обратная связь осуществляется через пневмоманжеты, которые крепятся на стопы. Человек видит, как его аватар идет по горизонтальной поверхности. Каждый виртуальный шаг аватара вызывает у пациента ощущение движения собственных ног.

Эффективность тренажера подтверждена результатами клинических исследований. В одном из них постинсультные больные после реабилитации проходили тест баланса Берга, который оценивает способность сохранять равновесие в состоянии покоя и во время движения. Показатели пациентов из группы VR-тренингов были выше, чем испытуемых из группы стандартной реабилитации.

В VR-реабилитации используется методика зеркальной терапии: человек выполняет упражнения здоровой рукой или ногой, а его 3D-аватар повторяет эти движения пораженной конечностью. Как ни странно, подобный «обман» работает и восстанавливает утраченную моторику. Точный механизм воздействия зеркальной терапии на человеческий организм неизвестен, но предполагается, что она улучшает состояние сенсомоторной коры пораженного полушария мозга.

Даже такая простенькая технология виртуальной реальности, как мобильная игра, улучшает подвижность людей после инсульта.

Корейские ученые разработали серию мобильных игр для реабилитации постинсультных больных. Во время игры пользователи должны выполнять определенные движения. Например, сгибать и разгибать локоть при бросании виртуальных яблок в медведя. Двухнедельное исследование показало, что игровая терапия эффективнее, чем ЛФК.

Применяются для коррекции постинсультных нарушений и технологии дополненной реальности. Например, тайваньские исследователи создали систему из трех элементов:

• ЭЭГ;
• мониторинг походки;
• AR-шлем, который создавал дополненную реальность с помощью визуальных и слуховых стимулов.

Пациент в AR-шлеме видит реальный больничный коридор, но с дополнительными цифровыми элементами. На полу коридора две дорожки, левая соответствует траектории движения левой ноги, правая — правой. По дорожкам под музыку ритмично двигаются белые шары-мишени. Если во время движения шаг пациента соответствует нужному углу наклона коленного сустава, разноцветная пуля сбивает шар. За каждую сбитую мишень человек получает балл.

После такой реабилитации у пациентов значительно улучшилась подвижность. ЭЭГ фиксировала изменение биоэлектрической активности мозга, что доказывает влияние упражнений на работу ЦНС.

Виртуальные погружения при ДЦП

VR-реабилитация показывает эффективность при детском церебральном параличе. К его основным проявлениям относятся параличи, парезы, изменение мышечного тонуса. Главная цель реабилитации пациентов с ДЦП — коррекция двигательных нарушений.

Белорусские ученые провели исследование с участием 58 детей со спастической формой ДЦП — повышенным тонусом скелетных мышц. Детей разделили на две группы. Первая прошла курс ЛФК c движениями, направленными на увеличение угла супинации рук. Вторая группа проходила такую же ЛФК с использованием компьютерных технологий: VR-шлема и датчиков движения, которые крепились к плечу и предплечью. Шлем погружал ребенка в интерактивный 3D-мир, в котором он выполнял упражнения.

Для детей с ДЦП увеличение угла супинации на 5 градусов и более в ходе реабилитации считается отличным результатом. В группе, прошедшей VR-тренинги, увеличение угла супинации на 5 градусов и более в левой руке наблюдалось у 93,3% детей, в правой руке — у 73,3%. В стандартной группе результаты были более чем в два раза хуже.

Ученые сделали два вывода:

• Включение в реабилитацию детей с ДЦП виртуальной реальности повышает их мотивацию к лечению.
• VR-тренинги дают более значимые результаты, чем ЛФК.

Компания «Крисаф» разработала аппаратно-программный комплекс, который восстанавливает подвижность при ДЦП, после травм и операций. Тело человека подвешивают для имитации пребывания в воде. Чтобы усилить эффект, пациент погружается в виртуальный мир, где он плавает наперегонки с морскими обитателями, ищет затонувшие сокровища. Такая тренировка значительно улучшает двигательную и постуральную функцию.

Танцевальная AR-терапия при болезни Паркинсона

Болезнь Паркинсона (БП) — нейродегенеративное заболевание, которому свойственны тремор, ригидность мышц, скованность движений, застывание (человек с этим синдромом может часами сохранять неподвижность). Двигательные нарушения провоцируют гиподинамию, повышают риск падений и травмирования. Также частые супники болезни — апатия и депрессия.

Танцевальная терапия улучшает равновесие и вызывает положительные эмоции у пациентов с БП. Выполнять ее среди прочего позволяют такие устройства дополненной реальности, как Google Glass. Приложение MTG, разработанное для людей с болезнью Паркинсона, накладывает видеоролики с упражнениями на естественную среду пользователя. Человек видит перед собой инструктора и повторяет за ним движения. Такие тренировки значительно повышают мобильность пациентов.

В последние годы ведутся исследования, направленные на оценку влияния разных сигналов на людей с БП. Ученые пытаются ответить на вопрос: какие изображения, звуки и вибрации в большей степени воздействуют на моторику пациентов? Это позволит создавать эффективные многофункциональные системы реабилитации, оснащенные визуальной, слуховой и тактильной обратной связью.

Виртуальная реальность — мощный анальгетик

Многие диагностические, лечебные и реабилитационные процедуры болезненны для пациентов и требуют обезболивающих. Инновационным анальгетиком может стать виртуальная реальность, погружение в которую отвлекает внимание человека от болезненного стимула. В качестве обезболивающего средства VR используется при перевязке пациентов с ожогами, во время физиотерапии, в стоматологии и урологии.

Путешествия по виртуальному миру снижают боль на 30–50%, что сравнимо с эффектом анальгетиков.

VR-погружения, в отличие от обезболивающих, не приводят к побочным эффектам. Исключение — люди с выраженной морской болезнью, у которых VR-тренинги могут вызывать ее обострение.

Антиболевой эффект виртуальной реальности связан с тем, что мозг не может одновременно обрабатывать всю поступающую информацию. Он выбирает для обработки наиболее важную в данный момент информацию, оставляя «за бортом» остальные стимулы. Когда человек находится в VR, нейроны заняты обработкой не болевых сигналов, а зрительных, слуховых и прочих.

Первый VR-продукт с антиболевым эффектом был разработан американскими исследователями Хантером Хоффманом и Дэвидом Паттерсоном. Они создали виртуальную зимнюю страну, в которой пациенты с ожогами обстреливали снеговиков снежками. Подобные погружения заметно снижали болевые ощущения во время перевязок и были эффективнее опиоидных анальгетиков.

Сегодня подобные решения есть в арсенале американской компании Karuna Labs и российской «Исток-Аудио», которая предлагает утолить боль с помощью виртуальной прогулки по заснеженным горам, игры в снежки или рыбалки.

Компьютерные технологии в психотерапии

VR повышает эффективность таких психотерапевтических методик, как когнитивно-поведенческая терапия (КПТ), гипноз и экспозиционная терапия, которая широко применяется для лечения психических расстройств, связанных с тревогой и страхами. Суть методики заключается в возврате пациента в травмирующую ситуацию под контролем психотерапевта. Встреча лицом к лицу со своими страхами разрушает паттерн избегания, который способствует усилению и хронизации тревоги.

Встретиться с триггерами страха можно в воображении, реальном мире и виртуальном. Последний вариант называется экспозиционной терапией виртуальной реальностью (VRET). Методика используется для лечения ПТСР, фобических и тревожных расстройств, заболеваний нервной системы, болевых синдромов.

VRET имеет преимущества перед традиционной экспозиционной терапией:

• Реалистичность. VR позволяет имитировать любые стрессоры и страхи. Человека с аэрофобией можно без труда переместить на борт взлетающего самолета, а пациента с гидрофобией погрузить на морское дно. В основе VRET-сценария может лежать реальная история пациента.
• Безопасность. Чтобы экспозиционная терапия приносила пользу, наращивание силы пугающих стимулов должно быть постепенным, так как слишком сильные эмоции наносят вред психике. Когда человек погружается в травмирующую обстановку с помощью своего воображения, психотерапевту сложно контролировать этот процесс. VR позволяет методично приучать мозг ко всё более стрессовым стимулам. Кроме того, психотерапевт может погружаться в виртуальную реальность вместе с пациентом, что создает у последнего чувство безопасности.
• Доступность. Тренинги можно проходить не выходя из дома, используя мобильные приложения.

После трех тренингов нормализуется работа мозговых структур, отвечающих за контроль страха. При лечении тревожных расстройств результаты VRET сопоставимы с КПТ, которая является золотым стандартом немедикаментозного лечения патологической тревоги. При этом виртуальная экспозиционная терапия дает более долгоиграющие результаты, чем КПТ.

Страхи, связанные с повседневными ситуациями, распространены среди людей с расстройствами аутистического спектра (РАС). В Ньюкаслском университете для взрослых с РАС проводили терапевтические сеансы в VR-комнате.

Перед терапией психотерапевт выявлял страхи и фобии пациентов для создания индивидуального виртуального сценария. Само лечение состояло из четырех сессий в виртуальной комнате. Результаты лечения оценивались через 1,5 и 6 месяцев. Из восьми участников исследования пятеро избавились от своих фобий.

Существуют специальные программы для прокачки социальных навыков детей с РАС. У многих из них нет друзей, некоторым сложно коммуницировать даже с родителями, что приводит к чувству одиночества, а иногда и к суицидальному поведению. Виртуальная реальность позволяет ребенку с РАС развить коммуникативные способности в среде, где он чувствует себя в полной безопасности.

Платформа Floreo предлагает для детей с РАС, а также СДВГ и тревожными расстройствами множество виртуальных уроков, направленных на развитие социальных, коммуникативных, жизненных навыков. Их основные темы — коммуникация, сообщество, повседневная жизнь, разговорные навыки, эмоциональные регуляции, фокусировка.

Тренировки в VR при болезни Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера (БА) проявляется потерей эпизодической памяти, нарушением исполнительных, моторных и речевых функций. Ее фармакологическое лечение не показывает особой эффективности, поэтому всё больше исследований сосредотачивается на немедикаментозной терапии. Один из способов затормозить развитие болезни у людей с легкой и средней степенью деменции — когнитивная стимуляция, которая может быть реализована и с помощью VR.

Португальские ученые придумали тренировки для людей с умеренной БА, связанные с отработкой таких базовых навыков, как утренняя гигиена, приготовление пищи, поход в магазин или аптеку. Все манипуляции пациенты выполняли в виртуальных квартире и городе.

Тренинги не привели к особому улучшению исполнительных функций, но после них показатели теста MMSE, оценивающего арифметические способности, память, ориентацию в пространстве и во времени, у испытуемых были гораздо выше, чем до реабилитации.