虛擬現實技術應用于重癥患者的研究進展

沈婷婷 林歡 劉文崇 葛洪霞

(山東中醫藥大學護理學院，山東 濟南 250000)

隨著醫療技術的不斷進步，重癥患者的生存率越來越高[1]。但在重癥監護病房(intensive care unit，ICU)，患者容易感到不適，如疼痛、嘈雜的噪音以及過強的光線刺激等。而長時間的鎮靜、重復的醫療護理和侵入性的手術操作可導致重癥患者出現焦慮抑郁、認知障礙以及肌肉、骨骼的損傷[2-3]。虛擬現實技術(Virtual reality，VR)是一種新興的信息技術，目前已被廣泛應用在軍事、設計、醫學、藝術及房地產等領域[4]。近年來，國外開始將VR技術應用于重癥監護患者，而國內少見相關文獻報道。鑒于此，本文對VR技術在重癥監護患者中的應用進行綜述，旨在為虛擬現實技術在我國重癥護理領域的開展提供理論依據。

1 虛擬現實技術概述

1.1虛擬現實技術的相關概念 VR技術可以被定義為一種計算機技術，它能夠再現一個真實或想象的環境，并模擬用戶在該物理環境中的存在，用戶可以通過他或她的感官(視覺、觸覺、聽覺和嗅覺)參與交互[5]。VR具有沉浸感、交互性、構想性三大特征。沉浸感是指用戶感到存在于模擬環境中的真實程度，除了計算機技術的視覺感知外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知等；交互性是指用戶對模擬環境內的物體進行操作的程度和從環境得到反饋的自然程度；構想性是指VR技術可以讓用戶獲得新的知識，擴展其認知范圍，從而產生新的想象力[6]。

1.2虛擬現實技術的類型 VR技術在醫療保健領域的首次應用是在20世紀90年代初，主要有4大類型[7-8]：桌面式VR系統、沉浸式VR系統、增強式VR系統以及分布式VR系統。桌面式系統以普通顯示器或立體顯示器作為用戶觀察虛擬環境的窗口；沉浸式系統體驗可以利用頭盔顯示器、位置跟蹤器、數據手套等設備，給參與者一種身臨其境的感覺；增強式系統是真實環境與虛擬環境的結合，用戶不僅可以看到真實的世界，還可以看到疊加在真實世界上的虛擬物體；分布式系統是指將不同地方的不同用戶連接起來，觀察和操作同一個虛擬世界，共同體驗虛擬空間。目前國外學者多采用沉浸式VR系統對重癥患者實施干預。

2 虛擬現實技術在醫療護理領域的應用現狀

VR技術在醫療護理領域應用廣泛。在國內醫療教學方面，VR技術常用于外科手術模擬、醫療技能培訓以及構建人體三維數字化解剖模型[9]；在康復治療方面，VR技術常用于腦卒中、腦損傷、脊髓損傷、帕金森、腦血管疾病及骨科疾病等患者的肢體康復治療和精神障礙患者的認知康復[10-11]；在遠程醫療方面，VR技術主要用于中醫遠程脈診、遠程手術及遠程康復，但目前運用較少[9]；在護理領域，VR技術常用于護理理論教育以及護理技能培訓，如通過虛擬人體三維解剖模型進行解剖教學、利用虛擬靜脈注射軟件進行穿刺訓練等[12-13]。在國外醫學教育和治療方面，VR技術主要用于展示3D解剖學、模擬手術；幫助治療恐懼癥、焦慮癥、創傷后應激障礙；進行疼痛管理和康復訓練等[14-18]。

近年來，國外學者開始將VR技術應用于重癥患者并取得了良好的效果[19]，由我國學者王佳妮等[20]組成的研究團隊設計了呼吸重癥監護(respiratory intensive care unit，RICU)患者早期運動虛擬現實康復系統(virtual reality system for early mobilization of respiratory critically ill patients，VR-EM系統)，該系統由運動捕捉系統(手勢控制器、體感攝像頭)和虛擬現實反饋系統(電腦)組成，能夠為患者提供個性化的虛擬康復運動訓練；經過對VR-EM系統的接受度調查發現，RICU患者對VR-EM系統有較高的接受度。但該研究未進行VR-EM系統對患者康復有效性的驗證。目前我國缺乏對重癥患者進行VR技術干預的研究。

3 虛擬現實技術在重癥監護患者中的應用效果

3.1緩解疼痛癥狀 疼痛是ICU患者的常見癥狀之一。目前，阿片類鎮痛藥被認為是治療急性疼痛的有效和必要工具[21],但重復使用高劑量阿片類藥物會在病理上改變患者的疼痛感知系統[22]，增加患者發展為慢性疼痛、焦慮障礙的風險[23-24]。因此，創建更有效的非藥物疼痛控制技術尤為重要。Hoffman等[25]應用新型便攜式親水VR系統讓嚴重燒傷的患兒置身于虛擬現實世界中，通過與虛擬現實世界的對象互動分散患兒注意力，并在干預前后采用圖形評分量表測評疼痛；結果發現，在虛擬現實的傷口護理中，患兒報告的疼痛不愉快顯著減少(P<0.001)。該研究中大多數燒傷患兒都有頭部和面部燒傷，其使用手臂機器人式護目鏡支架消除了患兒和VR護目鏡之間的接觸，充分考慮了燒傷患兒無法佩戴VR頭盔的局限性。Vazquez等[26]采用VR網絡療法減輕心臟手術患者的術后疼痛；患者術后進入ICU后，由醫生將頭盔式顯示器安裝在患者頭部，通過懸崖、夢幻城堡、魔法森林、冰冷世界以及駕車等5個模擬網絡環境進行分心治療。結果顯示，88%的患者報告疼痛程度降低；但在治療過程中有1例老年患者出現心律失常，3例患者出現惡心、眩暈的癥狀從而中斷了治療，這可能與患者年齡偏大、VR畫面引起的視覺反差有關。

3.2改善焦慮、抑郁情緒 據國內外調查顯示，ICU患者焦慮抑郁情緒發生率高達40%[27-28]。Ong等[29]對59例招募時未出現譫妄的非插管ICU患者進行VR冥想干預，通過一個平靜的沉浸式場景(如海灘上的波浪)引導冥想，促進患者呼吸控制和放松，每次冥想持續5～20 min，共干預7 d。結果表明，患者干預期間的醫院焦慮抑郁評分顯著下降，差異有統計學意義(P<0.05)。VR冥想干預改善了患者的ICU體驗，降低了抑郁焦慮水平。雖然VR對昏迷或嚴重認知障礙的患者沒有幫助，但清醒的ICU患者應該被納入未來的研究，因為他們發生并發癥的風險最大。Vazquez等[30]報道，使用VR網絡療法探索各種虛擬環境可降低ICU心臟恢復患者術后焦慮。然而，Kucher等[31]采用VR對6例計劃接受全胰腺切除術胰島自體移植治療的兒科患者實施3D自然療法，通過與植物、動物和自然景觀的互動減輕其焦慮情緒；但最終數據并不能證明患者焦慮情緒有顯著改善，可能與樣本量過小有關。因此，VR對改善ICU患者焦慮抑郁情緒的效果仍需進一步的研究。

3.3提高睡眠質量 ICU患者睡眠質量較差，睡眠障礙會對患者心血管、呼吸、代謝和免疫功能產生負面影響，延遲恢復，甚至導致出院后持續性的睡眠問題[32-33]。Lee等[34]對48例ICU心臟病患者進行隨機對照試驗，實驗組在睡前使用VR頭戴顯示器進行30 min的冥想，對照組給予日常睡眠干預，患者需在干預后完成評估主觀睡眠質量的問卷，并且研究者使用活動追蹤器下載客觀睡眠質量數據，如總睡眠時間、淺睡眠時間等。研究結果表明，實驗組的主觀睡眠質量、深度睡眠時間及睡眠效率明顯優于對照組(P<0.05)。VR冥想對ICU患者的睡眠質量有積極影響。醫護人員應考慮將VR冥想作為一種護理干預手段，以改善患者的睡眠質量。

3.4康復訓練

3.4.1改善認知功能障礙 1/3的ICU患者在出院后持續數年存在認知障礙，其程度類似于輕中度癡呆[35]。ICU相關的認知障礙在記憶、注意力、執行功能和處理速度等方面尤為顯著[36]，這導致患者日常生活能力受損，生活質量下降，甚至無法重返工作崗位[37]。心率變異性(heart rate variability,HRV)是交感神經和迷走神經活動的替代性標志，是神經網絡響應認知需求時的一個敏感性指標。HRV變化的大小與個體的認知運動水平成反比[38]。Turon等[38]通過跨學科醫療團隊設計了重癥監護早期神經認知康復系統(患者無需與設備進行身體接觸)，并利用該系統對20例正在或已經進行24 h機械通氣的重癥患者(格拉斯哥昏迷評分≥13分，RASS鎮靜評分在-1～+1分)進行每天20 min的神經認知刺激訓練；結果發現，患者的HRV水平下降(P<0.05)，治療期間患者生命體征較平穩，未發生意外拔管。Gerber等[39]使用VR頭戴顯示器為33例重癥心臟手術患者呈現身臨其境的自然場景，患者在ICU住院前、住院期間和出院后3個月接受VR刺激，并通過安裝在VR裝置內的眼動儀和傳感器來測量和記錄眼球運動和生理參數，采用有效問卷對接受度、回憶度和舒適度進行評估。結果發現，患者對VR刺激的評價和接受度較高，大多數患者對刺激內容有清晰的回憶，患者能夠感知、處理和跟蹤物體，其呼吸頻率也顯著下降。綜上，在ICU患者中實施VR技術是安全可行的，VR技術能夠刺激患者的認知功能。以上研究由于樣本量較小，且大多數患者都使用了血管活性藥物，研究結果的推廣存在一定的局限性。

3.4.2改善肢體功能 重癥患者由于長時間臥床或不活動使得肌肉可塑性降低，易導致肌肉萎縮、關節攣縮、骨質疏松等并發癥[40]。Van等[41]開發了一種新型的重癥VR康復設備，能夠實現多樣化的自我訓練，適用于危重癥患者的早期康復。該設備通過一個在屏幕上顯示的虛擬現實環境的活動椅子來實現對患者的刺激。患者坐在移動的椅子上，暴露在虛擬現實環境中，即可誘發軀干和四肢的預期性和反應性肌肉收縮。該效果已在健康受試者中得到了驗證，因此可以作為一種訓練肢體功能的方法。Gomes等[42]采用任天堂WiiTM游戲系統對60例急診ICU患者以游戲的方式促進身體活動，采用加速計測量患者在玩電子游戲時的體力活動水平。結果顯示，患者能夠達到中度活動水平，且無不良反應發生。這項技術不僅解決了與生理病理直接相關的康復問題，還激發了患者對治療的興趣和動機[43]。

4 不足之處及展望

VR技術在緩解重癥患者疼痛癥狀，改善負性情緒、提升睡眠質量、進行康復訓練等方面具有一定效果。但其運用仍處于初級階段，且有一定的不足：大多數研究樣本量過小，不利于研究結果的推廣；部分研究納入的是健康的受試者，因此尚不清楚在重癥患者中的應用效果；對于重癥患者的VR干預缺乏標準化的研究方案；大多數商用VR設備要求患者站立、行走或旋轉，但并不適用于重癥患者。此外，通過檢索發現我國缺少VR技術在重癥患者中的干預研究；由于各國文化的差異，國外的研究結果并不一定適用于我國。因此，未來需開展適用于我國重癥患者特點的、更大樣本、更規范化干預方案的隨機對照試驗進行驗證。同時，未來需要設計專屬于重癥患者體驗的VR設備，但需要多學科專業人員參與，且費用難以估計[44]，護理人員也應結合自己的工作知識參與VR的設計過程。