虛擬現(xiàn)實技術(shù)在疼痛管理中的應用研究進展

陳妍君，李 楊

（1.中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)院,北京100730；2.北京協(xié)和醫(yī)學院護理學院）

虛擬現(xiàn)實（virtual reality,VR）技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀60 年代[1]，目前已廣泛應用于軍事、醫(yī)學、設計、藝術(shù)、房地產(chǎn)等領域。我國VR 技術(shù)的應用開始于20 世紀90 年代，隨著研究不斷深入，VR 技術(shù)在醫(yī)學領域的應用優(yōu)勢日益突出，在護理教育、技能培訓、臨床護理中均取得了良好效果。作為一種分散注意力的療法，VR 技術(shù)可分散個體對有害性刺激的注意，增加對愉悅感刺激的關注，從而減少疼痛信號傳導，達到減輕疼痛感知的目的[2]。近年來，VR 技術(shù)在疼痛管理領域的應用越來越多，有良好的發(fā)展前景。本研究就VR 技術(shù)的相關概念及其在疼痛管理中的應用進行綜述，以期為該技術(shù)在疼痛管理中的進一步推廣和使用提供參考。

1 VR 技術(shù)概述

1.1 VR 技術(shù)概念 VR 技術(shù)是一種構(gòu)建人造三維仿真環(huán)境的計算機技術(shù)，主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設備等方面。其中，模擬環(huán)境是由計算機生成的、實時動態(tài)的三維立體逼真圖像；感知是指理想的VR 技術(shù)應該具有一切人所具有的感知，除計算機圖形技術(shù)生成的視覺感知外，還包括聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至包括嗅覺、味覺等，也稱為多感知；自然技能指人的轉(zhuǎn)頭、動眼、手勢或其他行為動作，通過計算機處理與參與者的動作相適應的數(shù)據(jù)，對用戶輸入做出實時響應，并分別反饋到用戶五官；傳感設備指三維交互設備，通過頭戴式顯示器、護目鏡等設備與虛擬環(huán)境產(chǎn)生交互作用，彼此影響，從而產(chǎn)生身臨其境的真實感受和體驗[3]。

1.2 VR 技術(shù)特點 VR 技術(shù)具有多感知性、存在感、交互性、自主性等特征。其中，多感知性指VR 技術(shù)包含的視覺、聽覺、觸覺、運動覺，甚至味覺、嗅覺等多重感知，即理想的VR 技術(shù)所應具備的一切人所具有的感知功能；存在感指用戶作為主角所感受到的存在于模擬環(huán)境中的真實程度，理想的模擬環(huán)境應達到難辨真假的程度；交互性指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度；自主性指虛擬環(huán)境中的物體依據(jù)現(xiàn)實世界物理運動定律動作的程度。

2 VR 技術(shù)緩解疼痛的作用機制

隨著VR 技術(shù)的發(fā)展，其在疼痛管理領域的優(yōu)勢日益突出，越來越多的研究者將其應用到病人急慢性疼痛管理中，并取得了良好效果[4]。

疼痛是由位于全身的傷害感受器檢測后通過Aδ纖維和C 纖維將信號傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)獲得。藥物止痛是通過阻斷C 纖維途徑發(fā)揮作用，從而擾亂人類感知疼痛的方式[5]。而VR 技術(shù)則是鑒于人類的注意力有限，感知疼痛需要注意力這一原理，通過其他感官直接或間接作用于疼痛感知，轉(zhuǎn)移病人注意力，從而減慢其對傳入疼痛信號的反應[6]。

有研究者使用核磁共振成像（MRI）技術(shù)測量與疼痛關聯(lián)的大腦活動，其間健康志愿者腳部暴露于電熱元件的疼痛刺激中，同時接受腦部掃描，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無VR 技術(shù)干預時，志愿者報告有劇烈的疼痛和不適，并在大部分時間里回想這些疼痛；同時，MRI 掃描結(jié)果也顯示，在已知的5 個對疼痛有感知的大腦區(qū)域內(nèi)（腦島、丘腦、初級體覺皮層和次級體覺皮層以及前扣帶皮層的情感區(qū)域），與疼痛關聯(lián)的活動劇烈增加。而當志愿者接受VR 技術(shù)干預，進入虛擬環(huán)境后，其大腦中與疼痛有關的活動減少，主觀疼痛分數(shù)降低。表明VR技術(shù)通過轉(zhuǎn)移注意力可改變志愿者對疼痛信號的感受，同時降低與疼痛有關的大腦活動量[7]。

3 VR 技術(shù)在病人疼痛管理中的應用現(xiàn)狀

疼痛是一種包括感覺、認知、行為和心理因素的復雜體驗[3]，包括急性操作性疼痛、慢性疼痛等。疼痛所致肢體障礙、感知異常、情緒改變等一系列反應，是影響人正常生理功能和導致工作力喪失最普遍、最直接的原因之一[8]。我國自2007 年逐步開設疼痛科以來，對病人疼痛的重視程度日益提高，但疼痛管理能力依然存在不足。目前，我國疼痛管理的重點多集中在腫瘤病人、外科術(shù)后病人等[9]，管理措施以藥物干預為主，非藥物性干預較少。

神經(jīng)生理學家D.Wall 博士等在20 世紀60 年代提出疼痛“閘門控制”理論，該理論指出，疼痛具有很強的心理因素，同樣的痛感可因病人所想事物不同而感受不同，即心理因素可影響病人對疼痛信號的接收程度，影響進入大腦皮層的疼痛信號數(shù)量。人類注意力每次處理的信息數(shù)量有限，有意識地進行相應選擇，即轉(zhuǎn)移注意力可一定程度上減輕病人疼痛[7]。因此，VR 技術(shù)作為一種有效轉(zhuǎn)移注意力的新形式，在疼痛管理領域的應用得以發(fā)展。

3.1 VR 技術(shù)有利于緩解急性操作性疼痛 操作性疼痛指因醫(yī)療診斷、治療和護理措施引起的短暫性急性疼痛[10]。因疼痛持續(xù)時間較短，所需要VR 技術(shù)干預時間相對較短，所獲得的干預效果也較為明顯。

3.1.1 注射 免疫接種、靜脈注射、抽血等注射痛是診療過程中最常見的急性操作性疼痛，兒童由于疼痛耐受性差、對操作存在恐懼心理等，在接受此類操作時哭鬧、不合作現(xiàn)象居多，可能在一定程度上影響治療進程，如兒童免疫接種過程中，部分家長會擔心接種過程中造成不適選擇推遲接種[11]。為此，有研究者將VR技術(shù)應用于接受流感疫苗接種的244 名2～16 歲兒童，干預組兒童在接種疫苗時戴上VR 技術(shù)護目鏡觀看海洋場景，干預結(jié)束后對其父母及醫(yī)生進行調(diào)查，干預組父母表示兒童接種期間疼痛體驗減少48%～52%；醫(yī)生表示接種者疼痛體驗減少75%[12]。Nilsson 等[13]在小兒腫瘤科進行臨床試驗，分別有21 例接受靜脈穿刺或皮下穿刺的患兒被分配到觀察組和對照組，觀察組使用VR 技術(shù)，穿刺前、穿刺中、穿刺后分別記錄患兒疼痛自評值和觀測值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，觀察組患兒疼痛自評值和觀測值均低于對照組。此外，半訪談式質(zhì)性研究結(jié)果表明，VR 技術(shù)游戲更適用于兒童治療過程，其內(nèi)容吸引程度越高，兒童所感知的疼痛越少。

3.1.2 牙科手術(shù) 牙科病人常因畏懼治療過程中的疼痛感而拒絕接受治療，如何減少手術(shù)過程中的疼痛，增強病人依從性是牙科治療的重點。華中科技大學同濟醫(yī)學院利用香港理工大學提供的由3D 眼鏡、耳機、鼠標和計算機組成的VR 技術(shù)系統(tǒng)，設計了一款3D 游戲，在病人拔除上頜智齒術(shù)前5 min 使用該系統(tǒng)讓病人進入游戲狀態(tài)直至拔牙結(jié)束，游戲背景畫面為大型冰激淋工廠，游戲者使用無線鼠標點擊突然出現(xiàn)的偷吃冰激淋的狐貍，隨著游戲時間推移，游戲難度逐漸增加，游戲設有5 種背景音樂備選。通過將使用該系統(tǒng)的病人與未使用該系統(tǒng)的病人進行比較，結(jié)果表明，VR 技術(shù)可通過分散病人注意力有效緩解病人拔牙過程中產(chǎn)生的疼痛[14]。將該系統(tǒng)應用于60 例兒童后，研究結(jié)果與成人一致[15]。但也有研究者指出，因佩戴3D眼鏡和耳機，兒童視覺、聽覺與外部世界隔離，部分兒童可能感到孤獨、恐懼、缺乏感情支持，如Nilsson 等[16]研究中4 例兒童明確表示下次拔牙時拒絕參與，可能與6 歲以下兒童在接受醫(yī)療操作過程中更需要情感支持有關。

3.2 VR 技術(shù)有利于緩解慢性疼痛 近年來，慢性疼痛發(fā)生率顯著上升，據(jù)報道，約1 億美國人存在慢性疼痛[17]。慢性疼痛是生物、心理和社會三者相互作用的結(jié)果[18]。目前，慢性疼痛多以藥物鎮(zhèn)痛為主，而長期藥物治療可帶來依賴、成癮等諸多不良影響[19]。VR 技術(shù)在急性疼痛干預方面有良好效果，但其在慢性或長期疼痛治療中的研究尚處于起步階段。

3.2.1 燒傷 華盛頓大學附屬Har?Borview 燒傷中心于1999 年將VR 技術(shù)首次應用于2 例嚴重燒傷的青少年病人，即病人戴著頭盔，進行名為“蜘蛛世界”的游戲，病人手指佩戴電磁跟蹤系統(tǒng)，可使其在抓到虛擬世界中的物品時產(chǎn)生真實感覺，結(jié)果顯示：該系統(tǒng)不僅可以分散注意力，減輕疼痛和焦慮，而且可以促進病人肢體伸展，利于康復[20]。另有研究者將VR 技術(shù)與氯胺酮聯(lián)合應用于1 例燒傷病人，用圖形疼痛量表評估病人疼痛程度，結(jié)果表明，結(jié)合使用VR 設備的病人所感知到的疼痛程度與未使用VR 設備的病人相比較輕，且整個清創(chuàng)過程心情更加愉悅[21]。

3.2.2 慢性瘙癢 瘙癢是皮膚疼痛的一種前期表現(xiàn)形式，當存在痛覺的自主神經(jīng)末梢受到致癢刺激時便會產(chǎn)生瘙癢感。Vera 等[22]將VR 技術(shù)用于24 例慢性瘙癢病人，病人被隨機分配到觀察組和對照組，觀察組通過VR 設備觀看游戲并進行操作，對照組僅通過電腦屏幕觀看游戲，通過視覺模擬量表對兩組病人游戲前、游戲中、游戲后的瘙癢程度進行評估，同時對兩組病人試驗時的撓抓行為進行記錄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，觀察組干預前與干預中的瘙癢感低于對照組，說明VR 技術(shù)可有效緩解病人的瘙癢感與不適。

3.3 VR 技術(shù)有利于增強疼痛耐受度 VR 技術(shù)除用于各病種病人外，還可用于健康人群。有研究者將41名18～23 歲的大學生分為兩組，囑其浸泡于1 ℃的水中，同時干預組使用VR 設備進行視頻游戲，對兩組大學生忍耐時長進行測定，結(jié)果表明干預組忍耐時間長于對照組，其疼痛耐受度也更強[23]。

4 VR 技術(shù)在病人疼痛管理中存在的問題

4.1 硬件供給 VR 技術(shù)的臨床應用將使更多疼痛病人收益，但如何控制VR 技術(shù)應用成本，提高其有效利用率是需要思考的問題。VR 技術(shù)的物質(zhì)基礎是使病人能夠看到虛擬環(huán)境的顯示器，目前最普遍的顯示器是頭戴式顯示器，根據(jù)其功能差異價位不等[4,24]。有研究者指出，盡管部分頭戴式顯示器大小可以調(diào)節(jié)，但其設備較重或占位較大，并不適于所有人群；同時頭戴式顯示器在醫(yī)院推行過程中也面臨感染控制等諸多問題[25]；此外，如增加病房設備供給數(shù)量，會導致醫(yī)療成本過大，如控制病房設備供給數(shù)量，則會導致其便利性受限。因此，VR 技術(shù)在疼痛領域的應用首先需解決硬件供給問題。

4.2 資源選擇 目前，研究者的VR 資源主要有3 種：現(xiàn)有免費或價位較低資源、自行開發(fā)相關內(nèi)容、針對目標人群與相關公司合作開發(fā)有針對性的內(nèi)容[4]。盡管國際上可免費使用的VR 資源逐步增多，但國內(nèi)相關研究起步較晚，研究者對VR 資源的獲取途徑缺乏了解，不能及時、有效地獲取相關資源并加以應用；同時，免費資源因較為簡易、單一，對疼痛干預效果缺乏一定的針對性。除免費或低價獲取的資源，VR 內(nèi)容也可使用部分開發(fā)平臺自行開發(fā)，此方式具有針對性強、治療性優(yōu)等特點，但需要專業(yè)人員參與，對技術(shù)要求較高，且費用難以預估。針對目標人群與相關公司開發(fā)針對性內(nèi)容是目前最為便利的途徑，但在研究過程中存在利益沖突風險。

5 不足之處及建議

VR 技術(shù)在舒緩燒傷病人清創(chuàng)和物理治療性疼痛[26]、牙科手術(shù)痛、注射痛、慢性瘙癢等方面具有一定效果，但其運用仍處于初級階段，且尚存諸多不足：國外臨床性試驗和實驗室研究所涉及樣本量較小，一般不超過100 人[27]；在論證VR 技術(shù)與疼痛舒緩之間的關系時，樣本人群局限，大體分為健康志愿者和特定病種病人，如燒傷病人、癌癥病人等，少見VR 技術(shù)用于舒緩其他人群疼痛的研究[28]；在對疼痛進行評估時，多使用病人主觀評分作為依據(jù)，如疼痛圖形評定量表和視覺模擬量表，缺乏對客觀性指標的考評；論證VR 技術(shù)緩解疼痛的研究多是對實時效果的評價，缺乏對該技術(shù)遠期療效的追蹤[29?31]。故在未來還需進行更大樣本、更廣泛人群、涵蓋更多客觀評價指標、追蹤遠期效果、探索影響干預效果因素等的研究[32?33]。同時，由于國內(nèi)運用VR 技術(shù)緩解疼痛的相關研究尚未檢索獲得，考慮到文化背景等差異，國外VR 技術(shù)對疼痛緩解的成功經(jīng)驗在我國是否可行有待考證，研發(fā)適用于我國疼痛病人的VR 設備和疼痛評估工具將是我國研究者今后需要研究的課題之一。此外，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，未來還應設計便攜式VR 設備供慢性病病人居家護理使用；在設計VR 技術(shù)系統(tǒng)時貼合病人需求，體現(xiàn)個性化和人文關懷主義色彩；將VR 系統(tǒng)與健康教育及手術(shù)治療前準備等相關信息相結(jié)合，增強病人對即將發(fā)生的醫(yī)療程序的控制感，增加病人滿意度；在VR 畫面中插播父母笑臉或父母安慰的話語，給患兒情感支持以減少不安全感，同時減少由于父母陪伴對醫(yī)務人員展開治療過程的妨礙；護理人員在臨床工作中應根據(jù)病人類型選擇合適的分散注意力的方法，以控制病人疼痛與焦慮，從而為病人提供優(yōu)質(zhì)護理服務[34]。

隨著顯像技術(shù)的突破與高精度頭盔式顯示器成本下降，VR 技術(shù)在疼痛管理領域必將有更大發(fā)展[35?36]。