虛擬現實技術在疼痛管理中的應用研究進展

陳妍君，李 楊

（1.中國醫學科學院北京協和醫院,北京100730；2.北京協和醫學院護理學院）

虛擬現實（virtual reality,VR）技術最早出現于20世紀60 年代[1]，目前已廣泛應用于軍事、醫學、設計、藝術、房地產等領域。我國VR 技術的應用開始于20 世紀90 年代，隨著研究不斷深入，VR 技術在醫學領域的應用優勢日益突出，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 技術在疼痛管理領域的應用越來越多，有良好的發展前景。本研究就VR 技術的相關概念及其在疼痛管理中的應用進行綜述，以期為該技術在疼痛管理中的進一步推廣和使用提供參考。

1 VR 技術概述

1.1 VR 技術概念 VR 技術是一種構建人造三維仿真環境的計算機技術，主要包括模擬環境、感知、自然技能和傳感設備等方面。其中，模擬環境是由計算機生成的、實時動態的三維立體逼真圖像；感知是指理想的VR 技術應該具有一切人所具有的感知，除計算機圖形技術生成的視覺感知外，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據，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境產生交互作用，彼此影響，從而產生身臨其境的真實感受和體驗[3]。

1.2 VR 技術特點 VR 技術具有多感知性、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境中的真實程度，理想的模擬環境應達到難辨真假的程度；交互性指用戶對模擬環境內物體的可操作程度和從環境得到反饋的自然程度；自主性指虛擬環境中的物體依據現實世界物理運動定律動作的程度。

2 VR 技術緩解疼痛的作用機制

隨著VR 技術的發展，其在疼痛管理領域的優勢日益突出，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系統獲得。藥物止痛是通過阻斷C 纖維途徑發揮作用，從而擾亂人類感知疼痛的方式[5]。而VR 技術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）技術測量與疼痛關聯的大腦活動，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，結果發現，無VR 技術干預時，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 掃描結果也顯示，在已知的5 個對疼痛有感知的大腦區域內（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域），與疼痛關聯的活動劇烈增加。而當志愿者接受VR 技術干預，進入虛擬環境后，其大腦中與疼痛有關的活動減少，主觀疼痛分數降低。表明VR技術通過轉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 技術在病人疼痛管理中的應用現狀

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量。人類注意力每次處理的信息數量有限，有意識地進行相應選擇，即轉移注意力可一定程度上減輕病人疼痛[7]。因此，VR 技術作為一種有效轉移注意力的新形式，在疼痛管理領域的應用得以發展。

3.1 VR 技術有利于緩解急性操作性疼痛 操作性疼痛指因醫療診斷、治療和護理措施引起的短暫性急性疼痛[10]。因疼痛持續時間較短，所需要VR 技術干預時間相對較短，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 技術護目鏡觀看海洋場景，干預結束后對其父母及醫生進行調查，干預組父母表示兒童接種期間疼痛體驗減少48%～52%；醫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，穿刺前、穿刺中、穿刺后分別記錄患兒疼痛自評值和觀測值，結果發現，觀察組患兒疼痛自評值和觀測值均低于對照組。此外，半訪談式質性研究結果表明，VR 技術游戲更適用于兒童治療過程，其內容吸引程度越高，兒童所感知的疼痛越少。

3.1.2 牙科手術 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 技術系統，設計了一款3D 游戲，在病人拔除上頜智齒術前5 min 使用該系統讓病人進入游戲狀態直至拔牙結束，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。通過將使用該系統的病人與未使用該系統的病人進行比較，結果表明，VR 技術可通過分散病人注意力有效緩解病人拔牙過程中產生的疼痛[14]。將該系統應用于60 例兒童后，研究結果與成人一致[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療操作過程中更需要情感支持有關。

3.2 VR 技術有利于緩解慢性疼痛 近年來，慢性疼痛發生率顯著上升，據報道，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果[18]。目前，慢性疼痛多以藥物鎮痛為主，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，可使其在抓到虛擬世界中的物品時產生真實感覺，結果顯示：該系統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 技術與氯胺酮聯合應用于1 例燒傷病人，用圖形疼痛量表評估病人疼痛程度，結果表明，結合使用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形式，當存在痛覺的自主神經末梢受到致癢刺激時便會產生瘙癢感。Vera 等[22]將VR 技術用于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，結果發現，觀察組干預前與干預中的瘙癢感低于對照組，說明VR 技術可有效緩解病人的瘙癢感與不適。

3.3 VR 技術有利于增強疼痛耐受度 VR 技術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 技術在病人疼痛管理中存在的問題

4.1 硬件供給 VR 技術的臨床應用將使更多疼痛病人收益，但如何控制VR 技術應用成本，提高其有效利用率是需要思考的問題。VR 技術的物質基礎是使病人能夠看到虛擬環境的顯示器，目前最普遍的顯示器是頭戴式顯示器，根據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節，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量，會導致醫療成本過大，如控制病房設備供給數量，則會導致其便利性受限。因此，VR 技術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：現有免費或價位較低資源、自行開發相關內容、針對目標人群與相關公司合作開發有針對性的內容[4]。盡管國際上可免費使用的VR 資源逐步增多，但國內相關研究起步較晚，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 內容也可使用部分開發平臺自行開發，此方式具有針對性強、治療性優等特點，但需要專業人員參與，對技術要求較高，且費用難以預估。針對目標人群與相關公司開發針對性內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 技術在舒緩燒傷病人清創和物理治療性疼痛[26]、牙科手術痛、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，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 技術緩解疼痛的研究多是對實時效果的評價，缺乏對該技術遠期療效的追蹤[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，由于國內運用VR 技術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 技術對疼痛緩解的成功經驗在我國是否可行有待考證，研發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，隨著計算機技術的發展，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 技術系統時貼合病人需求，體現個性化和人文關懷主義色彩；將VR 系統與健康教育及手術治療前準備等相關信息相結合，增強病人對即將發生的醫療程序的控制感，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，從而為病人提供優質護理服務[34]。

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