虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在重癥監(jiān)護(hù)室睡眠障礙病人中的應(yīng)用進(jìn)展

遲嘉婧，高 曉，于萬慧，劉佳欣，湯俊杰，張歆睿，楊麗娟

睡眠障礙是指夜間睡眠在數(shù)量和質(zhì)量方面的感知或?qū)嶋H變化，以及隨之帶來的白天疲乏無力及精力不足等癥狀[1]。重癥監(jiān)護(hù)室(ICU)環(huán)境特殊，病人病情相對(duì)危重復(fù)雜，因受光線、噪聲、護(hù)理操作等不良因素的刺激，ICU病人入睡困難、睡眠碎片化、睡眠效率低下等問題日益突出。研究表明有28%～61%的ICU病人存在睡眠障礙[2]，不僅會(huì)影響病人本身疾病的康復(fù)及痊愈，而且容易誘發(fā)譫妄、神經(jīng)認(rèn)知障礙等并發(fā)癥[3]。因此，開拓一種對(duì)病人更為有利的治療手段成為目前臨床迫切需要解決的問題。虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality,VR)技術(shù)是一種在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生特定的畫面及聲音,使病人沉浸于虛擬的環(huán)境中并且可以與其進(jìn)行互動(dòng)的新興技術(shù)[4]。近些年，該技術(shù)用于ICU睡眠障礙病人的治療成為越來越多國(guó)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題，開始在國(guó)外ICU病房投入使用[5-6]，其打破傳統(tǒng)療法的束縛，展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和較好的發(fā)展前景[7]。據(jù)此，本文主要對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在ICU睡眠障礙病人中應(yīng)用和效果以及存在的問題進(jìn)行綜述，根據(jù)現(xiàn)存的問題提出相應(yīng)的對(duì)策及展望，以期為我國(guó)ICU睡眠障礙病人的臨床護(hù)理提供依據(jù)。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以計(jì)算機(jī)為依托，將圖形學(xué)、傳感器、人工智能技術(shù)及人機(jī)接口技術(shù)相融合，使體驗(yàn)者處于設(shè)定的環(huán)境中，并可與虛擬的世界進(jìn)行交互，真實(shí)體驗(yàn)視覺、聽覺、觸覺等多種感受[8]，創(chuàng)造一種適宜睡眠的安靜環(huán)境，可改善病人睡眠質(zhì)量。目前該技術(shù)最常見的分類方法是根據(jù)沉浸程度不同分為沉浸式、桌面式、增強(qiáng)式和分布式4類系統(tǒng)[9]，針對(duì)ICU病人主要考慮沉浸式系統(tǒng)，其包括VR頭戴式系統(tǒng)和VR康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)[10]。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸感、交互性及構(gòu)想性3個(gè)特征[11]，沉浸感是指體驗(yàn)者完全沉浸于特定的虛擬環(huán)境中，可以真切地感受其看到的畫面、聽到的聲音、聞到的氣味等，仿佛置身其中，這也是VR技術(shù)最核心的特征；交互性在人機(jī)和諧方面是非常關(guān)鍵的，表現(xiàn)為體驗(yàn)者可以通過一系列操作與虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行互動(dòng)，在自身發(fā)出動(dòng)作的同時(shí)可以得到虛擬環(huán)境的回應(yīng)；構(gòu)想性是指體驗(yàn)者在使用的過程中會(huì)加深對(duì)已認(rèn)知事物的感性及理性認(rèn)識(shí)，使其展開新的想象，激發(fā)體驗(yàn)者創(chuàng)造性思維。目前，隨著計(jì)算機(jī)和人工智能等技術(shù)的迅速發(fā)展，VR技術(shù)已拓展到生活的各個(gè)領(lǐng)域，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的延伸已體現(xiàn)在康復(fù)治療[12]、教學(xué)實(shí)踐[13]、解決認(rèn)知障礙[14]等方面。對(duì)于ICU病人睡眠障礙問題，VR技術(shù)可通過三維仿真技術(shù)，營(yíng)造出一個(gè)具有舒緩音樂、柔和畫面的虛擬環(huán)境，使病人可忽略外界環(huán)境的干擾。有研究發(fā)現(xiàn)，為病人提供具有催眠作用的聲音，如安靜的音樂可以降低心率和呼吸頻率，從而有助于改善睡眠，與以往傳統(tǒng)方法相比，具有顯著優(yōu)勢(shì)[15]。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在ICU睡眠障礙病人中的應(yīng)用

2.1 適用對(duì)象及時(shí)間 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要適用于呼吸[16]、循環(huán)[17]等內(nèi)科急危重癥以及心臟手術(shù)[18]、惡性腫瘤[19]等外科重大手術(shù)術(shù)后清醒的、生命體征平穩(wěn)的成年ICU病人；對(duì)于存在頭面部及顱腦損傷的病人，鎮(zhèn)靜程度評(píng)估表(Richmond Agitation Sedation Scale,RASS)評(píng)分<-1分，存在視聽障礙以及出現(xiàn)譫妄、躁動(dòng)等認(rèn)知精神障礙無法配合VR設(shè)備正常使用的病人應(yīng)排除在外[19]。自ICU病人第一次出現(xiàn)睡眠障礙后即可開始應(yīng)用，以盡早緩解病人不適癥狀。

2.2 應(yīng)用方法 應(yīng)用前由醫(yī)護(hù)人員向病人本人或家屬詳細(xì)介紹VR設(shè)備的使用方法、作用及可能出現(xiàn)的問題，簽署知情同意書，并提前檢查VR設(shè)備的性能及完整性，確保治療順利進(jìn)行；應(yīng)用過程中由醫(yī)護(hù)人員和專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)病人的病情設(shè)置具體的模式，并為病人佩戴 VR 頭盔顯示屏，播放輕而柔和的音樂，助眠的話語，呈現(xiàn)令人放松的戶外場(chǎng)景，如海浪沙灘、山谷森林、花園草坪等，病人也可根據(jù)自己的喜好進(jìn)行選定，全程伴隨輕柔溫和的聲音為引導(dǎo)[20]，給予病人多種感官體驗(yàn)，在此期間病人可進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)與虛擬環(huán)境的交互，幫助病人提高睡眠質(zhì)量，更快地進(jìn)入睡眠。病人入睡后30 min可由護(hù)理人員幫忙取下并詳細(xì)記錄保存各種數(shù)據(jù)信息；使用完成后護(hù)理人員應(yīng)及時(shí)了解病人的使用感受并進(jìn)行記錄反饋[19]。

2.3 應(yīng)用系統(tǒng)

2.3.1 基于頭戴式系統(tǒng) 目前常見的頭戴式系統(tǒng)有HTC Vive、三星Gear VR系統(tǒng)等，其主要組成部分包括頭戴式顯示器、中心處理器及交互設(shè)備[19]。該系統(tǒng)利用VR頭戴式顯示器傳輸虛擬的畫面及設(shè)定的聲音，可突破二維的矩形邊框，實(shí)現(xiàn)3D立體環(huán)繞及頭部跟蹤，使病人真實(shí)感受沙灘、平原等自然景觀，聆聽舒緩的音樂、輕柔的話語，將病人完全封閉在一個(gè)虛擬的環(huán)境中，享受視覺、聽覺、觸覺等多種感官體驗(yàn)，并可通過三維鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套等實(shí)現(xiàn)交互，具有高度沉浸性、極強(qiáng)的交互性和參與感，病人不會(huì)受到外界光線、噪聲的干擾，完全沉浸在特定的環(huán)境中，可以更好地進(jìn)入睡眠，緩解病人的焦慮心情及不適癥狀。頭戴式系統(tǒng)按照VR硬件形態(tài)可分外接式頭顯設(shè)備、移動(dòng)端頭顯設(shè)備、一體機(jī)頭顯設(shè)備3種[21]。外接式頭顯設(shè)備又稱PC端頭顯設(shè)備，以計(jì)算機(jī)為依托，病人可通過獨(dú)立顯示屏獲取畫面，而缺點(diǎn)是費(fèi)用過高；移動(dòng)端頭顯設(shè)備是將手機(jī)放置于頭戴式設(shè)備中作為顯示屏，可隨時(shí)調(diào)節(jié)觀看位置，靈活方便且價(jià)格相對(duì)低廉，目前臨床應(yīng)用較為廣泛；一體機(jī)頭顯設(shè)備具有獨(dú)立的處理器及輸入和輸出裝備，具有高度的沉浸感，完全不受空間及外部條件的約束，是最高級(jí)的一種類型，但由于該類型研發(fā)成本相對(duì)過高，目前暫未投入臨床使用。

2.3.2 基于睡眠輔助系統(tǒng) 睡眠輔助系統(tǒng)是由Huang等學(xué)者提出的一種新型沉浸式VR系統(tǒng)，該系統(tǒng)在原有頭戴式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)，結(jié)合單通道腦電圖(EEG)睡眠階段分類算法，由睡眠盒(計(jì)算終端)、輕型虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡(HMD)、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的分類算法組成，整合了VR和多媒體技術(shù)，可有效改善睡眠[15]。新型的輕量級(jí)神經(jīng)反饋虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，成功克服可穿戴問題，帶有電極貼片的特定電路用于捕獲EEG信號(hào)，然后通過睡眠盒將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)云，后臺(tái)可在線計(jì)算包括睡眠階段預(yù)測(cè)在內(nèi)的所有與睡眠相關(guān)的參數(shù)。該研究表明，90名參與者被邀請(qǐng)?jiān)?個(gè)不同的系統(tǒng)上測(cè)試3D VR、2D視頻和音樂，結(jié)果顯示，該技術(shù)的效果優(yōu)于現(xiàn)有方法，未來可更好地幫助ICU病人提高睡眠質(zhì)量[15]。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)ICU睡眠障礙病人的應(yīng)用效果

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用可緩解ICU睡眠障礙病人負(fù)性情緒，縮短病人入睡時(shí)間 ICU病人病情相對(duì)危重，對(duì)自身疾病的擔(dān)憂及高昂的住院費(fèi)用均會(huì)給病人帶來焦慮、抑郁等負(fù)性情緒[22]。研究表明，80%的ICU意識(shí)清醒病人都會(huì)伴隨負(fù)面情緒,導(dǎo)致睡眠障礙的發(fā)生,入睡困難成為ICU病人的主要問題之一[23-24]。Jawed等[25]招募了15例ICU病人進(jìn)行VR技術(shù)的體驗(yàn)，向其展示放松的海灘場(chǎng)景，并使用評(píng)分量表對(duì)其經(jīng)歷進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示71%病人的焦慮情緒在VR體驗(yàn)中得到了改善。Blair等[26]對(duì)1例行體外氧合膜肺治療的ICU病人進(jìn)行VR干預(yù)，結(jié)果同樣顯示病人的焦慮、抑郁等負(fù)性情緒得到了減輕。VR技術(shù)可直接或間接地通過緩解負(fù)性情緒幫助ICU病人解決入睡困難的問題，這一點(diǎn)在既往的研究[27]中也得到了證實(shí)，通過分散病人注意力，使其沉浸在虛擬的放松現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，這種虛擬環(huán)境可以減緩病人的負(fù)性情緒，降低病人睡眠的心率，縮短病人入睡時(shí)間，從而在心理和生理水平上共同促進(jìn)睡眠。總的來說，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在縮短ICU睡眠障礙病人入睡時(shí)間方面展示出了較好的成效，該技術(shù)有望成為ICU病房促進(jìn)睡眠的臨床工具，旨在幫助ICU病人克服入睡困難。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用可減輕睡眠障礙病人軀體疼痛，減少睡眠中斷 引起ICU睡眠障礙病人睡眠中斷的原因不僅包括翻身、吸痰等護(hù)理操作，軀體疼痛也是導(dǎo)致病人睡眠中斷的重要因素[28-29]，并且ICU病房出現(xiàn)疼痛癥狀的病人占50%～70%[30]。有研究指出，病人疼痛癥狀的減輕，可減少85%睡眠中斷的發(fā)生，主觀睡眠質(zhì)量明顯提高[31]。有研究報(bào)道，67例心臟外科術(shù)后的ICU病人在接受專為疼痛設(shè)計(jì)的30 min VR模擬后，呼吸頻率、平均動(dòng)脈壓和心率均降低，通過分析比較生命體征的變化及與調(diào)查量表的聯(lián)系，結(jié)果表明病人疼痛程度得到有效減輕[32]。另外，Hoffman等[33]在一項(xiàng)6～17歲嚴(yán)重?zé)齻腎CU病人的研究中，給予48例患兒新型便攜式VR設(shè)備干預(yù)，并使用圖形評(píng)級(jí)量表評(píng)估干預(yù)前后疼痛的變化，結(jié)果顯示，患兒疼痛評(píng)分顯著降低，從而有利于減少睡眠中斷的發(fā)生，縮短睡眠碎片化時(shí)間。從目前的研究來看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠有效減少病人夜間覺醒次數(shù)及睡眠中斷的發(fā)生，可以成為解決ICU病人睡眠障礙的一種新的療法，為醫(yī)護(hù)人員提供新的治療思路。

3.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用可延長(zhǎng)病人深度睡眠時(shí)間，提高病人睡眠效率 減少淺睡眠、延長(zhǎng)深度睡眠時(shí)間，提高睡眠效率對(duì)ICU病人身體機(jī)能的康復(fù)及病情的好轉(zhuǎn)具有重要意義[34]。Lee等[5]采用隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的方法，將48例ICU病人隨機(jī)分成試驗(yàn)組和對(duì)照組各24例，試驗(yàn)組病人在入院當(dāng)天的晚上，使用頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器進(jìn)行30 min的冥想，對(duì)照組沒有進(jìn)行干預(yù)，主要觀察指標(biāo)為睡眠量表和活動(dòng)跟蹤器。通過一款可穿戴腕帶FitBit，整合病人的運(yùn)動(dòng)和心率數(shù)據(jù)來評(píng)估病人30 s的睡眠時(shí)間，可提供睡眠階段數(shù)據(jù)，包括睡眠總時(shí)間、淺睡眠、深度睡眠時(shí)間等。結(jié)果顯示，試驗(yàn)組的主觀睡眠質(zhì)量明顯高于對(duì)照組，且試驗(yàn)組病人清醒時(shí)間較短，深度睡眠時(shí)間較長(zhǎng)，睡眠效率顯著高于對(duì)照組。由此可見，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以顯著增加病人深度睡眠時(shí)間、提高睡眠效率，為ICU病人病情痊愈及身體康復(fù)提供有力保障。

3.4 形成良性循環(huán)，加速病人康復(fù) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過制造沉浸式的三維體驗(yàn)，使病人完全擺脫外界環(huán)境的干擾，在虛擬環(huán)境的引導(dǎo)下，安心地進(jìn)入睡眠，縮短了病人的入睡時(shí)間、減少了睡眠中斷、提高了睡眠效率及睡眠質(zhì)量，有效地解決了ICU病人的睡眠障礙問題。另外，有研究表明保證ICU病人的優(yōu)質(zhì)睡眠也可以在一定程度上幫助病人緩解不良情緒、減輕身體疼痛、減少安眠及鎮(zhèn)痛藥物的使用，避免副作用的發(fā)生，有利于身體進(jìn)一步恢復(fù)，而病人病情的好轉(zhuǎn)也會(huì)在一定程度上促進(jìn)睡眠，從而形成良性循環(huán)，加速病人康復(fù)，縮短住院時(shí)間，提示醫(yī)護(hù)人員下一步可以考慮將VR技術(shù)作為解決ICU病人睡眠問題的臨床治療工具[6]。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在ICU睡眠障礙病人應(yīng)用中存在的問題及對(duì)策

4.1 可能存在不良反應(yīng) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠給病人帶來逼真的虛擬體驗(yàn)，但由于虛擬動(dòng)畫和移動(dòng)虛擬場(chǎng)景的變換，頭痛、眩暈、方向障礙等不良反應(yīng)也可能隨之而來，稱為視覺誘導(dǎo)暈動(dòng)癥(visually induced motion sickness,VIMS)，也是VR技術(shù)目前最常見的不良反應(yīng)之一[35-36]。因此，在使用VR設(shè)備前建議醫(yī)護(hù)人員可通過視覺暈動(dòng)敏感性問卷(Motion Sickness Susceptibility Questionnaire,MSSQ)[37]等對(duì)ICU病人進(jìn)行評(píng)估，以減少不良反應(yīng)的發(fā)生；在使用過程中時(shí)刻關(guān)注病人的舒適度，提前做好應(yīng)急預(yù)案，一旦出現(xiàn)任何不適應(yīng)及時(shí)中止干預(yù)，以防加重病人病情或出現(xiàn)新的問題。另外，使用時(shí)由于眼睛距離屏幕非常近，可能會(huì)使部分病人產(chǎn)生近視、眼部的不適及疲勞感[38]，但目前VR頭戴式系統(tǒng)尚未出現(xiàn)非眼鏡設(shè)備可以替代，未來仍需要進(jìn)行進(jìn)一步的突破。

4.2 缺乏統(tǒng)一的實(shí)施規(guī)范及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)針對(duì)ICU不同病情睡眠障礙病人的干預(yù)時(shí)長(zhǎng)和干預(yù)方案的選擇主要取決于病人的個(gè)人主觀體驗(yàn)，尚缺乏統(tǒng)一的規(guī)范及實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)[39]。另外，對(duì)于病人使用后效果的長(zhǎng)期隨訪研究仍存在空白，無法形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。未來有必要探索適用于ICU不同病情的睡眠障礙病人干預(yù)時(shí)長(zhǎng)及干預(yù)方案的高質(zhì)量研究，并進(jìn)行追蹤隨訪，以形成規(guī)范的實(shí)施和效果評(píng)價(jià)體系。

4.3 研發(fā)技術(shù)尚不成熟 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在ICU病人中的投入與應(yīng)用處于初級(jí)階段，對(duì)病人睡眠的干預(yù)主要針對(duì)清醒病人，而對(duì)無意識(shí)及深度昏迷病人的改善作用有待進(jìn)一步探究。此外，目前VR技術(shù)的研發(fā)水平還有很大的提升空間，存在計(jì)算機(jī)占地面積大、系統(tǒng)操作復(fù)雜等問題[11]，ICU病人由于受疾病的限制，操作系統(tǒng)過于復(fù)雜，實(shí)施存在一定的困難，并且可能會(huì)加重護(hù)理人員的工作負(fù)擔(dān)。這提示虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研發(fā)可考慮多學(xué)科協(xié)作，充分考慮醫(yī)護(hù)人員等各方建議，對(duì)現(xiàn)存的虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在ICU睡眠障礙病人中的應(yīng)用提供進(jìn)一步的支持。

4.4 成本相對(duì)過高 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)由于設(shè)備先進(jìn)，為能夠給病人帶來更加真實(shí)的體驗(yàn)，開發(fā)和使用維護(hù)成本相對(duì)過高，尤其對(duì)于ICU病人來說，在本身疾病費(fèi)用的基礎(chǔ)上，更加加重了家庭的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步推廣與發(fā)展需要得到政府及社會(huì)的大力支持，政府可設(shè)立相應(yīng)的專項(xiàng)基金，扶持VR技術(shù)在臨床的投入，并可考慮將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用納入醫(yī)保范圍。另外，研發(fā)部門也可通過降低生產(chǎn)成本減少病人費(fèi)用的支出，減輕病人家庭壓力。

5 展望

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是幫助ICU病人解決睡眠障礙問題的新型技術(shù)，在原有干預(yù)的基礎(chǔ)上對(duì)治療ICU病人睡眠障礙方面有了新的突破，主要在入睡時(shí)間、睡眠中斷、深度睡眠時(shí)長(zhǎng)、睡眠效率等方面上顯示出了積極作用，但仍有研究表明沒有證據(jù)支持VR技術(shù)對(duì)睡眠問題具有顯著影響，因此，該技術(shù)的拓展與應(yīng)用仍需進(jìn)行進(jìn)一步探究[40]。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國(guó)內(nèi)ICU病人中的應(yīng)用雖處于初始階段，但其對(duì)ICU睡眠障礙病人的治療效果已顯示出巨大潛力，未來需開展大樣本、多中心的研究試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，并且進(jìn)一步注重其耐受性和普適性的發(fā)展，以期為我國(guó)ICU睡眠障礙病人的臨床治療提供更多的參考依據(jù)。