Віртуальна медицина. Які хвороби лікують за допомогою VR

Віртуальна реальність (VR) та доповнена реальність (AR) — драйвери сучасності, які трансформують усі напрямки та галузі знань. Сьогодні ці технології широко застосовуються не тільки в індустрії розваг, а й у промисловості, освіті, науці та бізнесі. Затребувані вони й у медицині: щороку розробляються новаторські рішення, завдання яких – підвищення точності діагностики, якості лікування та реабілітації пацієнтів. Розповідаємо про те, які захворювання лікують у віртуальній та доповненій реальності.

Віртуальна реальність – це штучний світ, створений технічними засобами. Взаємодіючи з нею, людина отримує інтерактивний досвід через свої відчуття (зір, слух, дотик). Піонером практичного застосування VR у медицині був американський професор Роберт Манн, який у 1965 році представив систему для навчання лікарів-ортопедів. Поступово віртуальна реальність проникла й у інші галузі медицини — профілактику, діагностику, лікування, реабілітацію.

У реабілітації та лікуванні пацієнтів застосовується віртуальна реальність як із зануренням, так і без нього. У першому випадку технологія дає ілюзію перебування в середовищі, в яке людина поринає за допомогою VR-шоломів/окулярів, тактильних пристроїв. У другому користувач бачить штучний світ на екрані комп'ютера або мобільних пристроїв та взаємодіє з ним за допомогою миші та клавіатури.

Доповнена реальність «розширює» фізичний світ віртуальними об'єктами, накладаючи їх у наше оточення у вигляді AR-шоломів, окулярів і спеціальних додатків.

Перша медична AR-розробка, створена у1993 році, призначалася для полегшення навігації незрячих пацієнтів. Сьогодні AR активно використовується у передопераційному плануванні та під час хірургічних втручань. Наприклад, дозволяє створити розмітку для різних операцій: межі органів підсвічуються, що полегшує роботу хірурга.

VR та AR у реабілітації після інсульту

VR-тренінги застосовуються для реабілітації пацієнтів із руховими порушеннями, спричиненими ураженням головного мозку. Найчастіше у цьому разі стандартні методи реабілітації не працюють. Наприклад, близько третини людей із постінсультним плечовим парезом не відновлюють колишню моторику навіть після піврічної реабілітації. Це призводить до відчуття безвиході, апатії та депресії, відсутності бажання продовжувати лікування.

На відміну від традиційних методів, VR-тренінги підвищують мотивацію до терапії. Вони занурюють мозок у ілюзорну обстановку, що відволікає від тривожних думок і спонукає до занять через ігрові дії. Під час VR-реабілітації людина одразу бачить результати своїх зусиль: за успішне виконання завдання вона отримує віртуальні бали, ігрові досягнення, місце у таблиці рейтингів.

Ефективна методика відновлення рухової активності після інсульту – «спостереження та наслідування»: пацієнт якийсь час спостерігає за діями, які він виконати не може, а потім намагається їх повторювати. Вона активізує дзеркальні нейрони, які відповідають за навчання нових навичок через імітацію. Віртуальна реальність ідеально підходить для цієї методики.

Активація дзеркальних нейронів підвищує активність структур ЦНС, що відповідають за планування, та рухову кору головного мозку, що стимулює скорочення м'язів. Все це сприяє відновленню моторики.

Потужний реабілітаційний ефект демонструють VR-системи, оснащені тактильним зворотним зв'язком. Таку функцію має тренажер ReviVR, розроблений вченими із Інституту інноваційного розвитку.

Дія тренажера спрямована на відновлення рухливості ніг. Пацієнт занурюється у штучний світ за допомогою VR-окулярів. Тактильний зворотний зв'язок здійснюється через пневмоманжети, що кріпляться на стопи. Людина бачить, як його аватар йде по горизонтальній поверхні. Кожен віртуальний крок аватара викликає у пацієнта відчуття власних ніг.

Ефективність тренажера підтверджена результатами клінічних досліджень. В одному з них постінсультні хворі після реабілітації проходили тест балансу Берга, який оцінює здатність зберігати рівновагу у стані спокою та під час руху. Показники пацієнтів із групи VR-тренінгів були вищими, ніж піддослідних із групи стандартної реабілітації.

У VR-реабілітації використовується методика дзеркальної терапії: людина виконує вправи здоровою рукою чи ногою, а 3D-аватар повторює ці руху ураженою кінцівкою. Як не дивно, подібний обман працює і відновлює втрачену моторику. Точний механізм впливу дзеркальної терапії на організм людини невідомий, але передбачається, що він покращує стан сенсомоторної кори ураженої півкулі мозку.

Навіть така проста технологія віртуальної реальності, як мобільна гра, покращує рухливість людей після інсульту.

Корейські вчені розробили серію мобільних ігор для реабілітації постінсультних хворих. Під час гри користувачі повинні виконувати певні рухи. Наприклад, згинати та розгинати лікті при киданні віртуальних яблук у ведмедя. Двотижневе дослідження показало, що ігрова терапія ефективніша, ніж ЛФК.

Застосовуються для корекції постінсультних порушень й технології доповненої реальності. Наприклад, тайванські дослідники створили систему із трьох елементів:

1. ЕЕГ;
2. моніторинг ходи;
3. AR-шолом, який створював доповнену реальність за допомогою візуальних та слухових стимулів.

Пацієнт у AR-шоломі бачить реальний лікарняний коридор, але з додатковими цифровими елементами. На підлозі коридору дві доріжки, ліва відповідає траєкторії руху лівої ноги, права – правої. Доріжками під музику ритмічно рухаються білі кулі-мішені. Якщо під час руху крок пацієнта відповідає потрібному куту нахилу колінного суглоба, різнокольорова куля збиває кулю. За кожну збиту ціль людина отримує бал.

Після такої реабілітації у пацієнтів значно покращалася рухливість. ЕЕГ фіксувала зміну біоелектричної активності мозку, що доводить вплив вправ на роботу ЦНС.

Віртуальні занурення при ДЦП

VR-реабілітація показує ефективність при дитячому церебральному паралічу. До його основних проявів належать паралічі, парези, зміна м'язового тонусу. Головна мета реабілітації пацієнтів із ДЦП – корекція рухових порушень.

Вчені провели дослідження за участю 58 дітей зі спастичною формою ДЦП – підвищеним тонусом кістякових м'язів. Дітей поділили на дві групи. Перша пройшла курс ЛФК з рухами, спрямованими на збільшення кута супинації рук. Друга група проходила таку ж ЛФК з використанням комп'ютерних технологій: VR-шолома та датчиків руху, які кріпилися до плеча та передпліччя. Шолом занурював дитину в інтерактивний 3D-світ, де вона виконувала вправи.

Для дітей з ДЦП збільшення кута супинації на 5 градусів і більше під час реабілітації вважається чудовим результатом. У групі, що пройшла VR-тренінги, збільшення кута супинації на 5 градусів і більше у лівій руці спостерігалося у 93,3% дітей, у правій руці – 73,3%. У стандартній групі результати були більш ніж удвічі гіршими.

Вчені зробили два висновки:

1. Включення у реабілітацію дітей із ДЦП віртуальної реальності підвищує їхню мотивацію до лікування.
2. VR-тренінги дають значніші результати, ніж ЛФК.

Вже розробили апаратно-програмний комплекс, який відновлює рухливість при ДЦП, після травм та операцій. Тіло людини підвішують для імітації перебування у воді. Щоб посилити ефект, пацієнт занурюється у віртуальний світ, де він плаває наввипередки з морськими мешканцями, шукає затонулі скарби. Таке тренування значно покращує рухову та постуральну функцію.

Танцювальна AR-терапія при хворобі Паркінсона

Хвороба Паркінсона (ХП) - нейродегенеративне захворювання, якому властиві тремор, ригідність м'язів, скутість рухів, застигання (людина з цим синдромом може годинами зберігати нерухомість). Рухові порушення провокують гіподинамію, підвищують ризик падіння та травмування. Також часті супники хвороби – апатія та депресія.

Танцювальна терапія покращує рівновагу та викликає позитивні емоції у пацієнтів з ХП. Виконувати її, серед іншого, дозволяють такі пристрої доповненої реальності, як Google Glass. Додаток MTG, розроблений для людей з хворобою Паркінсона, накладає відеоролики з вправами на природне середовище користувача. Людина бачить перед собою інструктора і повторює його рухи. Такі тренування значно підвищують мобільність пацієнтів.

В останні роки ведуться дослідження, спрямовані на оцінку впливу різних сигналів на людей із ХП. Вчені намагаються відповісти на запитання: які зображення, звуки та вібрації більшою мірою впливають на моторику пацієнтів? Це дозволить створювати ефективні багатофункціональні системи реабілітації, оснащені візуальним, слуховим та тактильним зворотним зв'язком.

Віртуальна реальність – потужний анальгетик

Багато діагностичних, лікувальних та реабілітаційних процедур болючі для пацієнтів і потребують знеболювальних. Інноваційним анальгетиком може стати віртуальна реальність, занурення в яку відволікає увагу людини від хворобливого стимулу. Як знеболюючий засіб VR використовується при перев'язці пацієнтів з опіками, під час фізіотерапії, стоматології та урології.

Подорожі віртуальним світом знижують біль на 30–50%, що можна порівняти з ефектом анальгетиків.

VR-занурення, на відміну від знеболюючих, не призводять до побічних ефектів. Виняток – люди з вираженою морською хворобою, у яких VR-тренінги можуть викликати її загострення.

Антибольовий ефект віртуальної реальності пов'язаний з тим, що мозок не може одночасно обробляти всю інформацію, що надходить. Він вибирає для обробки найважливішу на даний момент інформацію, залишаючи «за бортом» інші стимули. Коли людина перебуває у VR, нейрони зайняті обробкою не больових сигналів, а зорових, слухових та інших.

Перший VR-продукт з антибольовим ефектом був розроблений американськими дослідниками Гантером Гоффманом та Девідом Паттерсоном. Вони створили віртуальну зимову країну, де пацієнти з опіками обстрілювали сніговиків сніжками. Подібні занурення помітно знижували больові відчуття під час перев'язок і були ефективнішими за опіоїдні анальгетики.

Сьогодні подібні рішення є в арсеналі американської компанії Karuna Labs, яка пропонує вгамувати біль за допомогою віртуальної прогулянки по засніжених горах, ігри в сніжки або рибалки.

Комп'ютерні технології у психотерапії

VR підвищує ефективність таких психотерапевтичних методик, як когнітивно-поведінкова терапія (КПТ), гіпноз та експозиційна терапія, яка широко застосовується для лікування психічних розладів, пов'язаних із тривогою та страхами. Суть методики полягає у поверненні пацієнта до травмуючої ситуації під контролем психотерапевта. Зустріч віч-на-віч зі своїми страхами руйнує патерн уникнення, який сприяє посиленню та хронізації тривоги.

Зустрітися з тригерами страху можна в уяві, реальному світі та віртуальному. Останній варіант називається експозиційною терапією віртуальною реальністю (VRET). Методика використовується для лікування ПТСР, фобічних та тривожних розладів, захворювань нервової системи, больових синдромів.

VRET має переваги перед традиційною експозиційною терапією:

• Реалістичність. VR дозволяє імітувати будь-які стресори та страхи. Людину з аерофобією можна легко перемістити на борт літака, що злітає, а пацієнта з гідрофобією занурити на морське дно. В основі VRET-сценарію може лежати реальна історія пацієнта.
• Безпека. Щоб експозиційна терапія приносила користь, нарощування сили лякаючих стимулів має бути поступовим, оскільки надто сильні емоції завдають шкоди психіці. Коли людина занурюється в обстановку, що травмує, за допомогою своєї уяви, психотерапевту складно контролювати цей процес. VR дозволяє методично привчати мозок до все більш стресових стимулів. Крім того, психотерапевт може занурюватися у віртуальну реальність разом із пацієнтом, що створює в останнього почуття безпеки.
• Доступність. Тренінги можна проходити не виходячи з дому, використовуючи мобільні програми.

Після трьох тренінгів нормалізується робота мозкових структур, відповідальних за контроль страху. При лікуванні тривожних розладів результати VRET можна порівняти з КПТ, яка є золотим стандартом немедикаментозного лікування патологічної тривоги. При цьому віртуальна експозиційна терапія дає довготриваліші результати, ніж КПТ.

Страхи, пов'язані із повсякденними ситуаціями, поширені серед людей із розладами аутистичного спектру (РАС). У Ньюкаслському університеті для дорослих з РАС проводили терапевтичні сеанси у VR-кімнаті.

Перед терапією психотерапевт виявляв страхи та фобії пацієнтів до створення індивідуального віртуального сценарію. Саме лікування складалося із чотирьох сесій у віртуальній кімнаті. Результати лікування оцінювалися через 1,5 та 6 місяців. З восьми учасників дослідження п'ятеро позбулися своїх фобій.

Існують спеціальні програми для прокачування соціальних навичок дітей із РАС. У багатьох із них немає друзів, деяким складно комунікувати навіть із батьками, що призводить до почуття самотності, а іноді й до суїцидальної поведінки. Віртуальна реальність дозволяє дитині з РАС розвинути комунікативні здібності в середовищі, де вона почувається у повній безпеці.

Платформа Floreo пропонує для дітей з РАС, а також СДВГ та тривожними розладами безліч віртуальних уроків, спрямованих на розвиток соціальних, комунікативних, життєвих навичок. Їхні основні теми — комунікація, спільнота, повсякденне життя, розмовні навички, емоційні регуляції, фокусування.

Тренування у VR при хворобі Альцгеймера

Хвороба Альцгеймера (ХА) проявляється втратою епізодичної пам'яті, порушенням виконавчих, моторних та мовних функцій. Її фармакологічне лікування не показує особливої ефективності, тому дедалі більше досліджень зосереджується на немедикаментозній терапії. Один із способів загальмувати розвиток хвороби у людей з легким та середнім ступенем деменції – когнітивна стимуляція, яка може бути реалізована і за допомогою VR.

Португальські вчені вигадали тренування для людей з помірною ХА, пов'язані з відпрацюванням таких базових навичок, як ранкова гігієна, приготування їжі, похід до магазину або аптеки. Усі маніпуляції пацієнти виконували у віртуальній квартирі та місті.

Тренінги не призвели до особливого поліпшення виконавчих функцій, але після них показники тесту MMSE, що оцінює арифметичні здібності, пам'ять, орієнтацію у просторі та у часі, у випробуваних були набагато вищими, ніж до реабілітації.