虚拟现实技术在慢性疼痛患者中的应用进展

裴菊红 王瑞 杨婷 颜辉 杜叶会 豆欣蔓

慢性疼痛是指持续时间超过3个月的疼痛，不仅严重影响患者生活质量，而且给个人和社会造成沉重的经济负担，是全球性的公共卫生问题[1-2]。据统计，慢性疼痛影响全球20%的人口[3]。然而，慢性疼痛的治疗一直面临着巨大的挑战。过去20年，阿片类药物一直是慢性疼痛治疗的主要选择，但与其相关的不良反应、高花费以及成瘾的风险，使得慢性疼痛的非药物治疗成为学者们关注的重点[4]。虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是一种新的疼痛治疗替代策略，已成功用于各种急性疼痛的治疗，且效果显著[5]。尽管在从急性疼痛到慢性疼痛的转变过程中存在着复杂的病理生理过程，但VR也被证明可用于慢性疼痛治疗[6]。VR作为一种新兴技术，具有安全性高、趣味性强等特点，相比较于传统的非药物止痛方法，VR技术均表现出其独特优势。因此，VR技术用于慢性疼痛的治疗已成为国外研究的热点[7-8]，但国内在此方面的研究较少。本文就VR技术在慢性疼痛治疗中的应用进展进行综述，并对其在慢性疼痛未来的应用进行展望，以期为今后国内医护人员在此方面的研究和VR技术的临床应用提供信息支持。

1 VR技术的概述

VR技术，又称虚拟仿真技术，由Sutherland于20世纪60年代提出，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中，用户通过人际交互模式借助听觉、视觉、触觉、嗅觉等感知功能与计算机生成的虚拟世界进行交互[9]。VR具有独特的沉浸感、交互性和构想性3个特点。沉浸感是VR最重要的技术特征，使用户置身于一种虚拟环境之中，有种身临其境的感觉；交互性体现在用户与VR系统相互交互的过程中，是用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度；构想性是虚拟环境可使用户获取新的知识，提高感性和理性认识，从而使用户深化概念和萌发新的想象。VR技术已在军事、航空、医学、教育、娱乐等多个领域得到广泛的应用。VR技术也已为医学护理领域带来了前所未有的改变，在医学教学、康复训练、心理治疗与护理、临床技能培训、缓解疼痛等多个方面展示出独特的技术优势和良好的应用前景[10]。

2 VR技术治疗慢性疼痛的作用机制

注意力分散是指个体的注意力从疼痛转向其他感觉（如视觉、听觉和触觉刺激），VR技术通过虚拟环境降低了患者处理疼痛认知能力，减轻了患者疼痛体验，是VR技术缓解疼痛的关键作用机制[11]。近年来，许多学者一直致力于该机制的研究，以通过对可控制因素的改进，进而最大程度地发挥治疗效果[12-13]。研究[13-14]显示，通过提高VR系统的质量或添加声音、触觉反馈来增强患者在虚拟环境中的沉浸感，可显著降低患者的疼痛强度。除通过分散注意力缓解疼痛的机制外，VR也通过改善患者情绪而缓解疼痛。慢性疼痛患者常合并有抑郁、焦虑等消极情绪，VR系统沉浸式的交互体验能够使患者获得精神上的愉悦感，进而打破“疼痛-消极情绪-疼痛”的恶性循环，从而有助于患者疼痛的缓解[15]。此外，也有学者提出，VR技术可能通过神经生理变化缓解疼痛，但具体变化尚不清楚。早期Hoffman等[16]进行了一项功能性磁共振成像（fMRI）脑扫描研究，结果显示VR技术显著地减少了疼痛相关5个大脑区域（前扣带皮层、初级和次级体感皮层、脑岛和丘脑）的疼痛。虽然研究显示VR技术可有效缓解疼痛，也提出了治疗疼痛的可能作用机制，但对于VR技术缓解慢性疼痛的更具体机制尚需要进一步研究。

3 VR技术的类型

按照VR技术的发展和最新流行趋势，根据具有不同感知方法的不同设施，将用于医疗护理领域的各种类型的VR技术划分为4类[17]：①桌面VR：普通计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的窗口，通过鼠标、追踪球、力矩球实现与VR世界的交互。缺点是用户缺乏真实的现实体验，优点是成本相对较低，因此应用比较广泛。②增强现实性的VR：不仅利用VR技术模拟现实世界，而且利用机器、设备等实物增强用户对真实环境的感受。优点是可提高应用效果，缺点是成本太高。③沉浸式VR:通过具体的输入和输出设备，如头盔显示器、投影VR等，利用这类设备模拟来增强用户对真实环境的感受，是应用最为广泛的VR类型。④分布式VR:多个系统通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，共享信息或资源，以达到协同完成任务的目的。

4 VR技术在慢性疼痛患者中的应用及效果

4.1 VR技术在纤维肌痛患者中的应用

纤维肌痛是一种以广泛的肌肉骨骼疼痛为特征的慢性疾病，以女性多见，常伴有疲劳、僵硬、睡眠障碍和认知障碍，严重影响患者的生活质量[18]。目前尚没有单一的方法可用于纤维肌痛的治疗。修订后欧洲风湿病联盟（EULAR）的指南建议，纤维肌痛的治疗应基于非药物治疗，而在所有的非药物治疗中，运动疗法在降低纤维肌痛相关症状方面获得最强的证据支持[19]。VR技术由于其沉浸性和交互性，将其应用于纤维肌痛患者的运动疗法，有助于提高治疗效果。

Collado-Mateo等[20]结合体育锻炼和非沉浸式VR技术开发了一种运动游戏，并对83例女性纤维肌痛患者进行了一项为期8周的单盲随机对照试验，结果显示基于运动游戏的干预不仅可有效降低患者的疼痛和提高患者的生活质量，而且可以降低纤维肌痛患者对跌倒的恐惧和提高患者平衡能力。Garcia-Palacios等[21]将61例纤维肌痛患者随机分为对照组和试验组，对照组接受常规药物治疗，试验组接受VR技术辅助的认知行为疗法。研究结果显示，试验组患者纤维肌痛影响调查表评分（Fibromyalgia Impact Questionnaire，FIQ)显著降低，生活质量明显改善，且患者的可接受性较高。Herrero和Morris等[22-23]分别进行的VR技术单独用于纤维肌痛患者的研究也表明，VR技术可帮助纤维肌痛患者与疼痛相处，进而减轻疼痛。值得关注的是，最近一项针对运动游戏对纤维肌痛女性患者静息脑动力学影响的随机对照试验显示[24]，运动游戏干预还可增加纤维肌痛患者脑电图β波，可能与脑血流量增加有关。综上所述，VR技术不管是与其他疼痛治疗措施联合应用，还是单独用于纤维肌痛患者的治疗，其应用效果都值得肯定。因此，VR技术可作为治疗纤维肌痛患者的潜在有效疗法之一。

4.2 VR技术在慢性腰背痛患者中的应用

腰背痛是生活中常见的临床症状之一。调查[25]显示，约80%成年人一生中有过腰背痛，约60%最终发展为慢性疼痛。慢性腰背痛具有发病率高、病程长等特点，是造成居民伤残的首要原因，且通常与抑郁相关[26]。然而，目前的治疗措施对其治疗效果有限。

意大利学者[27]将VR技术应用于慢性下腰背痛患者的康复训练，结果表明，VR技术可显著改善患者的生活质量、疼痛强度、情绪和躯体功能。Yilmaz等[28]进行的另一项随机对照试验也显示，与单纯的传统物理疗法相比，VR技术辅助物理疗法可在短期内显著降低患者疼痛强度和缓解运动恐动症，并改善慢性腰背痛患者的躯体功能。Yoo等[29]研究也表明，与未接受治疗的对照组相比，VR技术可改善慢性腰背痛患者的疼痛强度和肌肉扭力。然而，Thomas等[30]进行的一项临床随机对照试验显示，尽管VR技术在慢性腰背痛应用过程中安全、可行，但在疼痛程度、躯体功能和腰椎屈曲范围方面并不优于无治疗对照组。值得关注的是，在Thomas等的研究中，患者接受治疗的时间只有3天，并不能得出确切的结论。同时，近期一项针对VR技术用于慢性腰背痛患者疗效的Meta分析[31]结果显示，VR技术干预组与未接受任何治疗的对照组患者疼痛评分之间无显著差异，但该Meta分析只纳入了3项研究。尽管目前研究显示，VR用于慢性腰背痛治疗研究结论存在不确定性，但这些研究仍为VR技术辅助慢性腰背痛患者的临床非药物治疗领域提供了参考价值。

4.3 VR技术在慢性头痛患者中的应用

慢性头痛是指头痛频繁发作（每月不少于15天），且持续3个月以上的任何头痛，常伴有睡眠障碍、抑郁和焦虑等症状，严重影响患者身体健康和生活质量[32]。因此，慢性头痛的治疗方案应采用多模式方法，以便更好地缓解疼痛、改善心理合并症和睡眠障碍。

de Tommaso等[33]研究了在激光诱发电位刺激下患有慢性偏头痛的患者对虚拟环境设置的疼痛感知的影响，结果显示与普通候诊室相比，沉浸在海景候诊室中的慢性偏头痛患者的疼痛程度显著降低。该研究结果同时也表明，VR技术可用于测试慢性偏头痛患者管理的最佳条件和环境。另一项研究[34]结果显示，VR技术辅助生物反馈治疗可有效降低慢性头痛患儿的疼痛程度，改善患儿日常功能，提高患儿生活质量。虽然VR技术用于慢性头痛的研究较少，但目前的研究显示VR技术在慢性头痛患者中的治疗效果值得肯定。

4.4 其他

VR技术除用于以上慢性疼痛疾病的治疗外，也被用于慢性颈部疼痛、肩峰下撞击综合征、类风湿性关节炎等慢性疼痛疾病的治疗。Bahat等[35]对慢性颈部疼痛患者进行了一项为期4周的VR技术辅助远程康复运动锻炼，结果显示VR技术可改善患者短期和中期残疾、颈部疼痛程度及颈部活动范围。土耳其学者Pekyavas等[36]通过一项随机对照试验比较VR技术辅助运动训练和常规家庭运动锻炼用于肩峰下撞击综合征患者的效果，两组患者均接受为期6周的运动锻炼，每周2次，每次45 min，干预6周后结果显示两组患者活动期间和夜间的疼痛程度均显著降低，而且该结果在随访1个月时持续存在。此外，研究结果也显示，与家庭运动锻炼组相比，VR技术组患者肩胛运动障碍明显改善。德国学者Zernicke等[37]对类风湿性关节炎患者进行了一项为期24周的单中心交叉试验，显示VR辅助居家锻炼组与常规家庭锻炼组研究结果无显著差异，但考虑到VR技术趣味性和患者较高的依从性，VR技术有可能是类风湿性关节炎患者居家康复锻炼的选择之一，尚需要更多大样本、多中心、高质量的研究验证。目前有关VR技术辅助运动锻炼用于以上慢性疼痛疾病的研究较少，但VR技术在各种疼痛治疗中的有效性表明有必要在不同慢性疼痛疾病患者中进行进一步的研究。

5 小结与展望

目前国外相关研究显示，VR技术可用于特定慢性疼痛患者（如纤维肌痛、慢性头痛、慢性颈痛等）缓解疼痛、改善躯体功能及提高患者生活质量，但对于部分慢性疼痛患者（如慢性腰背痛）的研究结果也存在不确定性，这可能与研究人群的样本数量偏小、人群对疼痛的耐受性和敏感性不一致、个体对VR技术接纳和依从性不同、VR技术干预频率和时间长短不等诸多因素相关。另外，由于VR设备存在运动不匹配、运动视差、可视角度、真实环境再现受限、个体与虚拟世界交互模拟不完善等问题，部分患者可能会出现恶心、头晕等症状，这些情况的发生也可能影响其治疗效果。尽管如此，但考虑到目前慢性疼痛的单纯药物治疗作用有限，且缺少有效的非药物治疗措施，而VR技术在慢性疼痛患者中应用除可用于降低患者疼痛之外，还可以缓解患者焦虑情绪，且患者接受程度较高；同时，VR技术与远程医疗技术的融合，使慢性疼痛患者出院后仍能够接受护士的在线相关健康教育和康复训练指导，可有效提高慢性患者居家疼痛管理的有效性；更重要的是VR技术打破时间空间限制，为农村及偏远地区慢性疼痛患者延续性护理的开展提供了便利；此外，对于骨科疾病慢性疼痛患者，通过较大动作的体感交互游戏，患者可以尝试无法完成的动作，这些因素均决定着VR技术拥有着广阔的研究空间。

但总体上而言，目前关于VR技术的临床应用主要集中在中枢神经系统疾病，如脑卒中和脑瘫，在慢性疼痛患者中的应用较少，且相关研究存在一定局限性。笔者通过对有关VR技术在慢性疼痛中的应用研究相关文献分析发现，主要存在以下几个问题：①大多数研究样本量较小，且样本量并未基于先前的计算，研究结论缺乏大样本多中心研究数据支持；②对研究者和研究对象很难实施盲法，而较多研究对结果评估者也未实施盲法，这使得研究结果存在潜在偏倚；③未形成较为统一的VR技术干预方案，不同研究使用的干预方案不尽相同，且结局评估指标及测量方法也存在差异；④大多数研究者未接受VR技术应用的标准化培训，这有可能影响VR技术实施的准确性，进而影响干预效果。

除以上相关研究的局限性之外，仍有一些客观因素会阻碍VR技术在慢性疼痛患者中的应用进展，如VR技术使用成本较高，操作系统相对复杂。因此，未来的研究除了需要避免以上问题之外，还应加强开发操作系统简单、使用成本较低的VR系统，同时进一步明确不同类型的VR技术是否会影响慢性疼痛患者的康复效果。相信通过后续研究的深入和广泛开展，更多慢性疼痛患者将会受益于VR技术。