虛擬現實技術在慢性疼痛患者中的應用進展

裴菊紅 王瑞 楊婷 顏輝 杜葉會 豆欣蔓

慢性疼痛是指持續(xù)時間超過3個月的疼痛，不僅嚴重影響患者生活質量，而且給個人和社會造成沉重的經濟負擔，是全球性的公共衛(wèi)生問題[1-2]。據統計，慢性疼痛影響全球20%的人口[3]。然而，慢性疼痛的治療一直面臨著巨大的挑戰(zhàn)。過去20年，阿片類藥物一直是慢性疼痛治療的主要選擇，但與其相關的不良反應、高花費以及成癮的風險，使得慢性疼痛的非藥物治療成為學者們關注的重點[4]。虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術是一種新的疼痛治療替代策略，已成功用于各種急性疼痛的治療，且效果顯著[5]。盡管在從急性疼痛到慢性疼痛的轉變過程中存在著復雜的病理生理過程，但VR也被證明可用于慢性疼痛治療[6]。VR作為一種新興技術，具有安全性高、趣味性強等特點，相比較于傳統的非藥物止痛方法，VR技術均表現出其獨特優(yōu)勢。因此，VR技術用于慢性疼痛的治療已成為國外研究的熱點[7-8]，但國內在此方面的研究較少。本文就VR技術在慢性疼痛治療中的應用進展進行綜述，并對其在慢性疼痛未來的應用進行展望，以期為今后國內醫(yī)護人員在此方面的研究和VR技術的臨床應用提供信息支持。

1 VR技術的概述

VR技術，又稱虛擬仿真技術，由Sutherland于20世紀60年代提出，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中，用戶通過人際交互模式借助聽覺、視覺、觸覺、嗅覺等感知功能與計算機生成的虛擬世界進行交互[9]。VR具有獨特的沉浸感、交互性和構想性3個特點。沉浸感是VR最重要的技術特征，使用戶置身于一種虛擬環(huán)境之中，有種身臨其境的感覺；交互性體現在用戶與VR系統相互交互的過程中，是用戶對模擬環(huán)境內物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度；構想性是虛擬環(huán)境可使用戶獲取新的知識，提高感性和理性認識，從而使用戶深化概念和萌發(fā)新的想象。VR技術已在軍事、航空、醫(yī)學、教育、娛樂等多個領域得到廣泛的應用。VR技術也已為醫(yī)學護理領域帶來了前所未有的改變，在醫(yī)學教學、康復訓練、心理治療與護理、臨床技能培訓、緩解疼痛等多個方面展示出獨特的技術優(yōu)勢和良好的應用前景[10]。

2 VR技術治療慢性疼痛的作用機制

注意力分散是指個體的注意力從疼痛轉向其他感覺（如視覺、聽覺和觸覺刺激），VR技術通過虛擬環(huán)境降低了患者處理疼痛認知能力，減輕了患者疼痛體驗，是VR技術緩解疼痛的關鍵作用機制[11]。近年來，許多學者一直致力于該機制的研究，以通過對可控制因素的改進，進而最大程度地發(fā)揮治療效果[12-13]。研究[13-14]顯示，通過提高VR系統的質量或添加聲音、觸覺反饋來增強患者在虛擬環(huán)境中的沉浸感，可顯著降低患者的疼痛強度。除通過分散注意力緩解疼痛的機制外，VR也通過改善患者情緒而緩解疼痛。慢性疼痛患者常合并有抑郁、焦慮等消極情緒，VR系統沉浸式的交互體驗能夠使患者獲得精神上的愉悅感，進而打破“疼痛-消極情緒-疼痛”的惡性循環(huán)，從而有助于患者疼痛的緩解[15]。此外，也有學者提出，VR技術可能通過神經生理變化緩解疼痛，但具體變化尚不清楚。早期Hoffman等[16]進行了一項功能性磁共振成像（fMRI）腦掃描研究，結果顯示VR技術顯著地減少了疼痛相關5個大腦區(qū)域（前扣帶皮層、初級和次級體感皮層、腦島和丘腦）的疼痛。雖然研究顯示VR技術可有效緩解疼痛，也提出了治療疼痛的可能作用機制，但對于VR技術緩解慢性疼痛的更具體機制尚需要進一步研究。

3 VR技術的類型

按照VR技術的發(fā)展和最新流行趨勢，根據具有不同感知方法的不同設施，將用于醫(yī)療護理領域的各種類型的VR技術劃分為4類[17]：①桌面VR：普通計算機的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的窗口，通過鼠標、追蹤球、力矩球實現與VR世界的交互。缺點是用戶缺乏真實的現實體驗，優(yōu)點是成本相對較低，因此應用比較廣泛。②增強現實性的VR：不僅利用VR技術模擬現實世界，而且利用機器、設備等實物增強用戶對真實環(huán)境的感受。優(yōu)點是可提高應用效果，缺點是成本太高。③沉浸式VR:通過具體的輸入和輸出設備，如頭盔顯示器、投影VR等，利用這類設備模擬來增強用戶對真實環(huán)境的感受，是應用最為廣泛的VR類型。④分布式VR:多個系統通過計算機網絡連接在一起，同時參加一個虛擬空間，共同體驗虛擬經歷，共享信息或資源，以達到協同完成任務的目的。

4 VR技術在慢性疼痛患者中的應用及效果

4.1 VR技術在纖維肌痛患者中的應用

纖維肌痛是一種以廣泛的肌肉骨骼疼痛為特征的慢性疾病，以女性多見，常伴有疲勞、僵硬、睡眠障礙和認知障礙，嚴重影響患者的生活質量[18]。目前尚沒有單一的方法可用于纖維肌痛的治療。修訂后歐洲風濕病聯盟（EULAR）的指南建議，纖維肌痛的治療應基于非藥物治療，而在所有的非藥物治療中，運動療法在降低纖維肌痛相關癥狀方面獲得最強的證據支持[19]。VR技術由于其沉浸性和交互性，將其應用于纖維肌痛患者的運動療法，有助于提高治療效果。

Collado-Mateo等[20]結合體育鍛煉和非沉浸式VR技術開發(fā)了一種運動游戲，并對83例女性纖維肌痛患者進行了一項為期8周的單盲隨機對照試驗，結果顯示基于運動游戲的干預不僅可有效降低患者的疼痛和提高患者的生活質量，而且可以降低纖維肌痛患者對跌倒的恐懼和提高患者平衡能力。Garcia-Palacios等[21]將61例纖維肌痛患者隨機分為對照組和試驗組，對照組接受常規(guī)藥物治療，試驗組接受VR技術輔助的認知行為療法。研究結果顯示，試驗組患者纖維肌痛影響調查表評分（Fibromyalgia Impact Questionnaire，FIQ)顯著降低，生活質量明顯改善，且患者的可接受性較高。Herrero和Morris等[22-23]分別進行的VR技術單獨用于纖維肌痛患者的研究也表明，VR技術可幫助纖維肌痛患者與疼痛相處，進而減輕疼痛。值得關注的是，最近一項針對運動游戲對纖維肌痛女性患者靜息腦動力學影響的隨機對照試驗顯示[24]，運動游戲干預還可增加纖維肌痛患者腦電圖β波，可能與腦血流量增加有關。綜上所述，VR技術不管是與其他疼痛治療措施聯合應用，還是單獨用于纖維肌痛患者的治療，其應用效果都值得肯定。因此，VR技術可作為治療纖維肌痛患者的潛在有效療法之一。

4.2 VR技術在慢性腰背痛患者中的應用

腰背痛是生活中常見的臨床癥狀之一。調查[25]顯示，約80%成年人一生中有過腰背痛，約60%最終發(fā)展為慢性疼痛。慢性腰背痛具有發(fā)病率高、病程長等特點，是造成居民傷殘的首要原因，且通常與抑郁相關[26]。然而，目前的治療措施對其治療效果有限。

意大利學者[27]將VR技術應用于慢性下腰背痛患者的康復訓練，結果表明，VR技術可顯著改善患者的生活質量、疼痛強度、情緒和軀體功能。Yilmaz等[28]進行的另一項隨機對照試驗也顯示，與單純的傳統物理療法相比，VR技術輔助物理療法可在短期內顯著降低患者疼痛強度和緩解運動恐動癥，并改善慢性腰背痛患者的軀體功能。Yoo等[29]研究也表明，與未接受治療的對照組相比，VR技術可改善慢性腰背痛患者的疼痛強度和肌肉扭力。然而，Thomas等[30]進行的一項臨床隨機對照試驗顯示，盡管VR技術在慢性腰背痛應用過程中安全、可行，但在疼痛程度、軀體功能和腰椎屈曲范圍方面并不優(yōu)于無治療對照組。值得關注的是，在Thomas等的研究中，患者接受治療的時間只有3天，并不能得出確切的結論。同時，近期一項針對VR技術用于慢性腰背痛患者療效的Meta分析[31]結果顯示，VR技術干預組與未接受任何治療的對照組患者疼痛評分之間無顯著差異，但該Meta分析只納入了3項研究。盡管目前研究顯示，VR用于慢性腰背痛治療研究結論存在不確定性，但這些研究仍為VR技術輔助慢性腰背痛患者的臨床非藥物治療領域提供了參考價值。

4.3 VR技術在慢性頭痛患者中的應用

慢性頭痛是指頭痛頻繁發(fā)作（每月不少于15天），且持續(xù)3個月以上的任何頭痛，常伴有睡眠障礙、抑郁和焦慮等癥狀，嚴重影響患者身體健康和生活質量[32]。因此，慢性頭痛的治療方案應采用多模式方法，以便更好地緩解疼痛、改善心理合并癥和睡眠障礙。

de Tommaso等[33]研究了在激光誘發(fā)電位刺激下患有慢性偏頭痛的患者對虛擬環(huán)境設置的疼痛感知的影響，結果顯示與普通候診室相比，沉浸在海景候診室中的慢性偏頭痛患者的疼痛程度顯著降低。該研究結果同時也表明，VR技術可用于測試慢性偏頭痛患者管理的最佳條件和環(huán)境。另一項研究[34]結果顯示，VR技術輔助生物反饋治療可有效降低慢性頭痛患兒的疼痛程度，改善患兒日常功能，提高患兒生活質量。雖然VR技術用于慢性頭痛的研究較少，但目前的研究顯示VR技術在慢性頭痛患者中的治療效果值得肯定。

4.4 其他

VR技術除用于以上慢性疼痛疾病的治療外，也被用于慢性頸部疼痛、肩峰下撞擊綜合征、類風濕性關節(jié)炎等慢性疼痛疾病的治療。Bahat等[35]對慢性頸部疼痛患者進行了一項為期4周的VR技術輔助遠程康復運動鍛煉，結果顯示VR技術可改善患者短期和中期殘疾、頸部疼痛程度及頸部活動范圍。土耳其學者Pekyavas等[36]通過一項隨機對照試驗比較VR技術輔助運動訓練和常規(guī)家庭運動鍛煉用于肩峰下撞擊綜合征患者的效果，兩組患者均接受為期6周的運動鍛煉，每周2次，每次45 min，干預6周后結果顯示兩組患者活動期間和夜間的疼痛程度均顯著降低，而且該結果在隨訪1個月時持續(xù)存在。此外，研究結果也顯示，與家庭運動鍛煉組相比，VR技術組患者肩胛運動障礙明顯改善。德國學者Zernicke等[37]對類風濕性關節(jié)炎患者進行了一項為期24周的單中心交叉試驗，顯示VR輔助居家鍛煉組與常規(guī)家庭鍛煉組研究結果無顯著差異，但考慮到VR技術趣味性和患者較高的依從性，VR技術有可能是類風濕性關節(jié)炎患者居家康復鍛煉的選擇之一，尚需要更多大樣本、多中心、高質量的研究驗證。目前有關VR技術輔助運動鍛煉用于以上慢性疼痛疾病的研究較少，但VR技術在各種疼痛治療中的有效性表明有必要在不同慢性疼痛疾病患者中進行進一步的研究。

5 小結與展望

目前國外相關研究顯示，VR技術可用于特定慢性疼痛患者（如纖維肌痛、慢性頭痛、慢性頸痛等）緩解疼痛、改善軀體功能及提高患者生活質量，但對于部分慢性疼痛患者（如慢性腰背痛）的研究結果也存在不確定性，這可能與研究人群的樣本數量偏小、人群對疼痛的耐受性和敏感性不一致、個體對VR技術接納和依從性不同、VR技術干預頻率和時間長短不等諸多因素相關。另外，由于VR設備存在運動不匹配、運動視差、可視角度、真實環(huán)境再現受限、個體與虛擬世界交互模擬不完善等問題，部分患者可能會出現惡心、頭暈等癥狀，這些情況的發(fā)生也可能影響其治療效果。盡管如此，但考慮到目前慢性疼痛的單純藥物治療作用有限，且缺少有效的非藥物治療措施，而VR技術在慢性疼痛患者中應用除可用于降低患者疼痛之外，還可以緩解患者焦慮情緒，且患者接受程度較高；同時，VR技術與遠程醫(yī)療技術的融合，使慢性疼痛患者出院后仍能夠接受護士的在線相關健康教育和康復訓練指導，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技術打破時間空間限制，為農村及偏遠地區(qū)慢性疼痛患者延續(xù)性護理的開展提供了便利；此外，對于骨科疾病慢性疼痛患者，通過較大動作的體感交互游戲，患者可以嘗試無法完成的動作，這些因素均決定著VR技術擁有著廣闊的研究空間。

但總體上而言，目前關于VR技術的臨床應用主要集中在中樞神經系統疾病，如腦卒中和腦癱，在慢性疼痛患者中的應用較少，且相關研究存在一定局限性。筆者通過對有關VR技術在慢性疼痛中的應用研究相關文獻分析發(fā)現，主要存在以下幾個問題：①大多數研究樣本量較小，且樣本量并未基于先前的計算，研究結論缺乏大樣本多中心研究數據支持；②對研究者和研究對象很難實施盲法，而較多研究對結果評估者也未實施盲法，這使得研究結果存在潛在偏倚；③未形成較為統一的VR技術干預方案，不同研究使用的干預方案不盡相同，且結局評估指標及測量方法也存在差異；④大多數研究者未接受VR技術應用的標準化培訓，這有可能影響VR技術實施的準確性，進而影響干預效果。

除以上相關研究的局限性之外，仍有一些客觀因素會阻礙VR技術在慢性疼痛患者中的應用進展，如VR技術使用成本較高，操作系統相對復雜。因此，未來的研究除了需要避免以上問題之外，還應加強開發(fā)操作系統簡單、使用成本較低的VR系統，同時進一步明確不同類型的VR技術是否會影響慢性疼痛患者的康復效果。相信通過后續(xù)研究的深入和廣泛開展，更多慢性疼痛患者將會受益于VR技術。