Технології віртуальної реальності в медицині

1. Все на благо пацієнтів

Сьогодні переважна більшість нових IT-технологій в першу чергу знаходять застосування в сфері розваг. Яскравий тому приклад - віртуальна реальність. Але шоломи та окуляри, що занурюють нас в інший світ, стануть у пригоді зовсім не для одних лише витончених ігор. Наприклад, технології віртуальної реальності можуть знайти широке застосування в медицині.

Коли в жовтні минулого року Microsoft продемонструвала прототип Project X-Ray, геймери по всьому світу були в захваті. Користувач в окулярах віртуальної реальності (ВР) і з маніпулятором в руках боровся проти роботів, які прориваються крізь стіни. Ще в першій половині 1990-х років були неодноразові спроби використання технологій ВР в ігровій індустрії. І в той час мало хто уявляв собі іншу сферу застосування. Але сьогодні ВР все частіше знаходить застосування в таких областях діяльності як наукові дослідження, спорт, військові розробки, освіта, автотранспорт і навіть охорону здоров'я.

Згідно із прогнозом дослідницької і консалтингової компанії IndustryARC, до 2020 року загальносвітовий ринок технологій віртуальної і доповненої реальностей в охороні здоров'я досягне $ 2,54 млрд. В основному вони будуть застосовуватися для навчання лікарів та реабілітації пацієнтів.

У квітні цього року в Королівському Лондонському Госпіталі була проведена операція з видалення ракової пухлини. Ця подія цікава тим, що весь хід операції транслювався в мережу завдяки очкам Google Glass, які були надіті на хірурга. 13 000 студентів-медиків не просто спостерігали майже в прямому ефірі (з хвилинною затримкою), а й задавали хірурга питання, які відображалися у вигляді тексту на периферії його поля зору, а він відповідав на них голосом.

Звичайно, операції знімалися і раніше, але це перший випадок, коли:
1. Глядачі могли спостерігати весь процес очима хірурга.
2. Операцію можна було дивитися практично в реальному часі на будь-яких мобільних пристроях, в тому числі окулярах ВР.
3. Можна було віддалено задавати хірурга питання і отримувати відповіді.

До речі, доктор Шафи Ахмед, який проводив операцію, взагалі не чужий високих технологій, і зараз експериментує з 360-градусним зйомками. На його думку, це дозволить створювати більш ефективні навчальні відео для студентів-хірургів.

Але, навіть маючи можливість вільно оглядатися по сторонах при перегляді відеозапису, студенти залишаються пасивними спостерігачами. Тому абсолютно логічно, що ВР використовується і для створення тривимірних симуляцій з повним зануренням, в яких майбутні лікарі можуть відточувати свої навички огляду і лікування пацієнтів. Наприклад, компанія Medical Simulation Corp. розробила комплекс Simantha, на якому хірурги-кардіологи вчаться досліджувати серце людини. Тут використовується повнорозмірний манекен, що дозволяє вводити контрастну речовину в «артерії» і використовувати різні інструменти для проведення всіляких маніпуляцій з «серцем». Людина контролює всі свої дії по моніторах, де відображається повноцінна симуляція нутрощів серця. При цьому комплекс знімає всіляку телеметрію і точно реагує на дії лікаря, як це відбувається в житті. Можуть симулювати індивідуальні особливості системи кровообігу пацієнта і навіть нестандартна реакція на різні ліки.

Для навчання медичних працівників різних спеціальностей застосовуються і більш традиційні види технологій ВР: тематичні додатки на базі тривимірних движків. Наприклад, під маркою HumanSim випускаються програми для навчання основам спілкування з пацієнтами, анестезіології, седації і вентиляції легень, надання першої допомоги у військово-польових умовах і так далі. Движок HumanSim також може використовуватися для створення власних медичних симуляцій.

Мабуть, саме в хірургії технології ВР знаходять найбільш широке застосування. Воно і зрозуміло - важко знайти іншу галузь медицини, в якій візуалізація і зворотний зв'язок на дії лікаря грає ще більш важливу роль.

Як і в будь-який інший професії, в хірургії майстерність напрацьовується з досвідом. Ніякі манекени не зрівняються за ступенем правдоподібності з якісно виконаним віртуальним тренажером. А під час навчання в анатомічці далеко не завжди «робочий матеріал» реагує на помилки студентів так само, як жива людина, наприклад, якщо буде випадково зачеплений кровоносну судину. Та й на всіх студенти не напасешся. А віртуальні тренажери не страждають від нестачі зразків і віртуальних тел.

Наприклад, в Стенфордському Університеті розробляються і застосовуються програмно-апаратні комплекси з високим ступенем деталізації різних органів і частин тіла людини, що забезпечують тактильний зворотний зв'язок. Це дозволяє хірургові при навчанні орієнтуватися в ситуації не тільки візуально, але і тактильно.

Працюючи з цифровими моделями органів людини, в віртуальному оточенні, що копіює даний, вже відбулися хірурги тренуються виконувати тонкі і складні процедури. Це допомагає підвищити точність дій лікаря, знизити ймовірність помилок і післяопераційних ускладнень. До того ж, іноді лікування вимагає застосовувати досить рідкісні види втручання, з якими багато рядові лікарі просто не стикалися. І недолік реального досвіду цілком можна частково компенсувати на віртуальних тренажерах.

До слова, ВР дозволяє тренуватися і лікарям, які використовують робохірургіческіе установки: Телехірургія і мікрохірургії.

Їм в цьому відношенні навіть дещо простіше, адже дисплей - невід'ємний робочий інструмент цих фахівців. Згідно з рядом досліджень, ВР-тренажери помітно підвищують ефективність лікарів, що спеціалізуються в робохірургіі.

Все на благо пацієнтів

Технології ВР застосовуються в охороні здоров'я не тільки для навчання лікарів. Реабілітація пацієнтів - важливий етап на шляху до одужання або адаптації. Наприклад, багато пацієнтів, що втратили кінцівки в результаті травми або операції, стикаються з синдромом фантомних болів. Це може виражатися у відчутті печіння, свербіння, поколювання та інших формах. До недавнього часу не існувало досить ефективних способів позбавлення від фантомних болів.

У Технологічному Університеті Чалмерса (Chalmers University of Technology), Швеція, пацієнту з ампутованою рукою підключили до культі датчики, які знімали сигнали з скорочуються м'язи, а комп'ютер транслював їх в руху віртуальної руки, відображається в окулярах ВР. Причому рука не просто рухалася, пацієнт міг з її допомогою водити віртуальний автомобіль. Тобто мозок отримував хоча б візуальне підтвердження того, що кінцівку, якої він намагається керувати, існує і реагує на сигнали. Як зазначив пацієнт, інтенсивність болю після цього помітно зменшилася, і виникати вони стали рідше. Правда, це не було повноцінним клінічним дослідженням на досить репрезентативною вибіркою, але результат обнадіює.

Інший цікавий приклад використання ВР - терапія пацієнтів з нейрофизиологическими порушеннями. Наприклад, установка MindMaze відстежує рухи людини і відображає їх на дисплеї. Як стверджують розробники, намагаючись виконати запропоновані завдання, мозок поступово відновлює і перебудовує порушені нейронні зв'язки.

Наша свідомість - неймовірно потужний інструмент, здатний повністю міняти сприйняття себе, тіла і навколишнього світу. На жаль, ми дуже погано вміємо управляти цим інструментом. Але є і позитивні приклади. Пацієнти з великими опіками тіла страждають від сильних болів, які не вдається повністю зняти медикаментозними засобами.

Спеціально для них була розроблена віртуальна гра SnowWorld. Дія розгортається в крижаному світі, як ворогів виступають сніговики і пінгвіни, а вся зброя - з льоду і снігу. Згідно з результатами досліджень, завдяки цій грі опікові пацієнти витрачають втричі менше часу на роздуми про біль від опіків: 22% часу замість 76%.

Застосовується ВР і для лікування психічних розладів. Наприклад, відзначені численні випадки слабшання фобій, коли застосовується експозиційна терапія в поєднанні з окулярами ВР. Наприклад, людині з арахнофобією демонструють віртуальних павуків. Спочатку на відстані, потім до них можна наближатися, і навіть взаємодіяти з павуками.

А страждають від акрофобію відправляють гуляти по дахах віртуальних будівель з поступовим збільшенням поверховості. Є програми для профілактики боязні літати, водити машину і ряду інших фобій.

Віртуальні симулятори військових дій можуть служити не тільки для розваги і тренування солдатів, але і для пом'якшення симптомів посттравматичного стресового розладу у ветеранів. Це досягається за допомогою обігравання різних сценаріїв і травматичних подій, що стали причиною цього психічного розладу, з паралельною роботою з психологом. Найчастіше застосовується відстеження рухів очей пацієнта, що допомагає точніше визначити травмуючі події для подальшого відпрацювання з лікарем. Але поки що серед фахівців існують суперечливі думки щодо ефективності використання ВР для лікування ПТСР.

Нарешті, технології ВР використовуються для соціальної адаптації аутистів. Це розлад проявляється по-різному, і в багатьох випадках аутистам доводиться нелегко, коли вони стикаються з правилами та особливостями людського суспільства і навколишнього світу. А за допомогою ВР можна безболісно обігравати різні ситуації, показуючи, як краще поводитися в тих чи інших ситуаціях.

В цілому, технології ВР роблять лише перші кроки в охороні здоров'я. Зростає доступність і різноманітність пристроїв і програмного забезпечення, і можна з достатньою впевненістю спрогнозувати, що нові технології будуть все активніше використовуватися при навчанні лікарів. Не виключено, що з'являться нові розробки на стику ВР, великих даних і штучного інтелекту. Наприклад, системи, які в реальному часі будуть аналізувати поточну ситуацію і виробляти візуальні рекомендації та поради для лікаря, полегшуючи діагностування та лікування, зменшуючи ймовірність лікарських помилок.

джерело: Geektimes