虚拟现实技术应用于重症患者的研究进展

沈婷婷 林欢 刘文崇 葛洪霞

(山东中医药大学护理学院，山东 济南 250000)

随着医疗技术的不断进步，重症患者的生存率越来越高[1]。但在重症监护病房(intensive care unit，ICU)，患者容易感到不适，如疼痛、嘈杂的噪音以及过强的光线刺激等。而长时间的镇静、重复的医疗护理和侵入性的手术操作可导致重症患者出现焦虑抑郁、认知障碍以及肌肉、骨骼的损伤[2-3]。虚拟现实技术(Virtual reality，VR)是一种新兴的信息技术，目前已被广泛应用在军事、设计、医学、艺术及房地产等领域[4]。近年来，国外开始将VR技术应用于重症监护患者，而国内少见相关文献报道。鉴于此，本文对VR技术在重症监护患者中的应用进行综述，旨在为虚拟现实技术在我国重症护理领域的开展提供理论依据。

1 虚拟现实技术概述

1.1虚拟现实技术的相关概念 VR技术可以被定义为一种计算机技术，它能够再现一个真实或想象的环境，并模拟用户在该物理环境中的存在，用户可以通过他或她的感官(视觉、触觉、听觉和嗅觉)参与交互[5]。VR具有沉浸感、交互性、构想性三大特征。沉浸感是指用户感到存在于模拟环境中的真实程度，除了计算机技术的视觉感知外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知等；交互性是指用户对模拟环境内的物体进行操作的程度和从环境得到反馈的自然程度；构想性是指VR技术可以让用户获得新的知识，扩展其认知范围，从而产生新的想象力[6]。

1.2虚拟现实技术的类型 VR技术在医疗保健领域的首次应用是在20世纪90年代初，主要有4大类型[7-8]：桌面式VR系统、沉浸式VR系统、增强式VR系统以及分布式VR系统。桌面式系统以普通显示器或立体显示器作为用户观察虚拟环境的窗口；沉浸式系统体验可以利用头盔显示器、位置跟踪器、数据手套等设备，给参与者一种身临其境的感觉；增强式系统是真实环境与虚拟环境的结合，用户不仅可以看到真实的世界，还可以看到叠加在真实世界上的虚拟物体；分布式系统是指将不同地方的不同用户连接起来，观察和操作同一个虚拟世界，共同体验虚拟空间。目前国外学者多采用沉浸式VR系统对重症患者实施干预。

2 虚拟现实技术在医疗护理领域的应用现状

VR技术在医疗护理领域应用广泛。在国内医疗教学方面，VR技术常用于外科手术模拟、医疗技能培训以及构建人体三维数字化解剖模型[9]；在康复治疗方面，VR技术常用于脑卒中、脑损伤、脊髓损伤、帕金森、脑血管疾病及骨科疾病等患者的肢体康复治疗和精神障碍患者的认知康复[10-11]；在远程医疗方面，VR技术主要用于中医远程脉诊、远程手术及远程康复，但目前运用较少[9]；在护理领域，VR技术常用于护理理论教育以及护理技能培训，如通过虚拟人体三维解剖模型进行解剖教学、利用虚拟静脉注射软件进行穿刺训练等[12-13]。在国外医学教育和治疗方面，VR技术主要用于展示3D解剖学、模拟手术；帮助治疗恐惧症、焦虑症、创伤后应激障碍；进行疼痛管理和康复训练等[14-18]。

近年来，国外学者开始将VR技术应用于重症患者并取得了良好的效果[19]，由我国学者王佳妮等[20]组成的研究团队设计了呼吸重症监护(respiratory intensive care unit，RICU)患者早期运动虚拟现实康复系统(virtual reality system for early mobilization of respiratory critically ill patients，VR-EM系统)，该系统由运动捕捉系统(手势控制器、体感摄像头)和虚拟现实反馈系统(电脑)组成，能够为患者提供个性化的虚拟康复运动训练；经过对VR-EM系统的接受度调查发现，RICU患者对VR-EM系统有较高的接受度。但该研究未进行VR-EM系统对患者康复有效性的验证。目前我国缺乏对重症患者进行VR技术干预的研究。

3 虚拟现实技术在重症监护患者中的应用效果

3.1缓解疼痛症状 疼痛是ICU患者的常见症状之一。目前，阿片类镇痛药被认为是治疗急性疼痛的有效和必要工具[21],但重复使用高剂量阿片类药物会在病理上改变患者的疼痛感知系统[22]，增加患者发展为慢性疼痛、焦虑障碍的风险[23-24]。因此，创建更有效的非药物疼痛控制技术尤为重要。Hoffman等[25]应用新型便携式亲水VR系统让严重烧伤的患儿置身于虚拟现实世界中，通过与虚拟现实世界的对象互动分散患儿注意力，并在干预前后采用图形评分量表测评疼痛；结果发现，在虚拟现实的伤口护理中，患儿报告的疼痛不愉快显著减少(P<0.001)。该研究中大多数烧伤患儿都有头部和面部烧伤，其使用手臂机器人式护目镜支架消除了患儿和VR护目镜之间的接触，充分考虑了烧伤患儿无法佩戴VR头盔的局限性。Vazquez等[26]采用VR网络疗法减轻心脏手术患者的术后疼痛；患者术后进入ICU后，由医生将头盔式显示器安装在患者头部，通过悬崖、梦幻城堡、魔法森林、冰冷世界以及驾车等5个模拟网络环境进行分心治疗。结果显示，88%的患者报告疼痛程度降低；但在治疗过程中有1例老年患者出现心律失常，3例患者出现恶心、眩晕的症状从而中断了治疗，这可能与患者年龄偏大、VR画面引起的视觉反差有关。

3.2改善焦虑、抑郁情绪 据国内外调查显示，ICU患者焦虑抑郁情绪发生率高达40%[27-28]。Ong等[29]对59例招募时未出现谵妄的非插管ICU患者进行VR冥想干预，通过一个平静的沉浸式场景(如海滩上的波浪)引导冥想，促进患者呼吸控制和放松，每次冥想持续5～20 min，共干预7 d。结果表明，患者干预期间的医院焦虑抑郁评分显著下降，差异有统计学意义(P<0.05)。VR冥想干预改善了患者的ICU体验，降低了抑郁焦虑水平。虽然VR对昏迷或严重认知障碍的患者没有帮助，但清醒的ICU患者应该被纳入未来的研究，因为他们发生并发症的风险最大。Vazquez等[30]报道，使用VR网络疗法探索各种虚拟环境可降低ICU心脏恢复患者术后焦虑。然而，Kucher等[31]采用VR对6例计划接受全胰腺切除术胰岛自体移植治疗的儿科患者实施3D自然疗法，通过与植物、动物和自然景观的互动减轻其焦虑情绪；但最终数据并不能证明患者焦虑情绪有显著改善，可能与样本量过小有关。因此，VR对改善ICU患者焦虑抑郁情绪的效果仍需进一步的研究。

3.3提高睡眠质量 ICU患者睡眠质量较差，睡眠障碍会对患者心血管、呼吸、代谢和免疫功能产生负面影响，延迟恢复，甚至导致出院后持续性的睡眠问题[32-33]。Lee等[34]对48例ICU心脏病患者进行随机对照试验，实验组在睡前使用VR头戴显示器进行30 min的冥想，对照组给予日常睡眠干预，患者需在干预后完成评估主观睡眠质量的问卷，并且研究者使用活动追踪器下载客观睡眠质量数据，如总睡眠时间、浅睡眠时间等。研究结果表明，实验组的主观睡眠质量、深度睡眠时间及睡眠效率明显优于对照组(P<0.05)。VR冥想对ICU患者的睡眠质量有积极影响。医护人员应考虑将VR冥想作为一种护理干预手段，以改善患者的睡眠质量。

3.4康复训练

3.4.1改善认知功能障碍 1/3的ICU患者在出院后持续数年存在认知障碍，其程度类似于轻中度痴呆[35]。ICU相关的认知障碍在记忆、注意力、执行功能和处理速度等方面尤为显著[36]，这导致患者日常生活能力受损，生活质量下降，甚至无法重返工作岗位[37]。心率变异性(heart rate variability,HRV)是交感神经和迷走神经活动的替代性标志，是神经网络响应认知需求时的一个敏感性指标。HRV变化的大小与个体的认知运动水平成反比[38]。Turon等[38]通过跨学科医疗团队设计了重症监护早期神经认知康复系统(患者无需与设备进行身体接触)，并利用该系统对20例正在或已经进行24 h机械通气的重症患者(格拉斯哥昏迷评分≥13分，RASS镇静评分在-1～+1分)进行每天20 min的神经认知刺激训练；结果发现，患者的HRV水平下降(P<0.05)，治疗期间患者生命体征较平稳，未发生意外拔管。Gerber等[39]使用VR头戴显示器为33例重症心脏手术患者呈现身临其境的自然场景，患者在ICU住院前、住院期间和出院后3个月接受VR刺激，并通过安装在VR装置内的眼动仪和传感器来测量和记录眼球运动和生理参数，采用有效问卷对接受度、回忆度和舒适度进行评估。结果发现，患者对VR刺激的评价和接受度较高，大多数患者对刺激内容有清晰的回忆，患者能够感知、处理和跟踪物体，其呼吸频率也显著下降。综上，在ICU患者中实施VR技术是安全可行的，VR技术能够刺激患者的认知功能。以上研究由于样本量较小，且大多数患者都使用了血管活性药物，研究结果的推广存在一定的局限性。

3.4.2改善肢体功能 重症患者由于长时间卧床或不活动使得肌肉可塑性降低，易导致肌肉萎缩、关节挛缩、骨质疏松等并发症[40]。Van等[41]开发了一种新型的重症VR康复设备，能够实现多样化的自我训练，适用于危重症患者的早期康复。该设备通过一个在屏幕上显示的虚拟现实环境的活动椅子来实现对患者的刺激。患者坐在移动的椅子上，暴露在虚拟现实环境中，即可诱发躯干和四肢的预期性和反应性肌肉收缩。该效果已在健康受试者中得到了验证，因此可以作为一种训练肢体功能的方法。Gomes等[42]采用任天堂WiiTM游戏系统对60例急诊ICU患者以游戏的方式促进身体活动，采用加速计测量患者在玩电子游戏时的体力活动水平。结果显示，患者能够达到中度活动水平，且无不良反应发生。这项技术不仅解决了与生理病理直接相关的康复问题，还激发了患者对治疗的兴趣和动机[43]。

4 不足之处及展望

VR技术在缓解重症患者疼痛症状，改善负性情绪、提升睡眠质量、进行康复训练等方面具有一定效果。但其运用仍处于初级阶段，且有一定的不足：大多数研究样本量过小，不利于研究结果的推广；部分研究纳入的是健康的受试者，因此尚不清楚在重症患者中的应用效果；对于重症患者的VR干预缺乏标准化的研究方案；大多数商用VR设备要求患者站立、行走或旋转，但并不适用于重症患者。此外，通过检索发现我国缺少VR技术在重症患者中的干预研究；由于各国文化的差异，国外的研究结果并不一定适用于我国。因此，未来需开展适用于我国重症患者特点的、更大样本、更规范化干预方案的随机对照试验进行验证。同时，未来需要设计专属于重症患者体验的VR设备，但需要多学科专业人员参与，且费用难以估计[44]，护理人员也应结合自己的工作知识参与VR的设计过程。