虚拟现实技术在疼痛管理中的应用研究进展

陈妍君，李 杨

（1.中国医学科学院北京协和医院,北京100730；2.北京协和医学院护理学院）

虚拟现实（virtual reality,VR）技术最早出现于20世纪60 年代[1]，目前已广泛应用于军事、医学、设计、艺术、房地产等领域。我国VR 技术的应用开始于20 世纪90 年代，随着研究不断深入，VR 技术在医学领域的应用优势日益突出，在护理教育、技能培训、临床护理中均取得了良好效果。作为一种分散注意力的疗法，VR 技术可分散个体对有害性刺激的注意，增加对愉悦感刺激的关注，从而减少疼痛信号传导，达到减轻疼痛感知的目的[2]。近年来，VR 技术在疼痛管理领域的应用越来越多，有良好的发展前景。本研究就VR 技术的相关概念及其在疼痛管理中的应用进行综述，以期为该技术在疼痛管理中的进一步推广和使用提供参考。

1 VR 技术概述

1.1 VR 技术概念 VR 技术是一种构建人造三维仿真环境的计算机技术，主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。其中，模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像；感知是指理想的VR 技术应该具有一切人所具有的感知，除计算机图形技术生成的视觉感知外，还包括听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至包括嗅觉、味觉等，也称为多感知；自然技能指人的转头、动眼、手势或其他行为动作，通过计算机处理与参与者的动作相适应的数据，对用户输入做出实时响应，并分别反馈到用户五官；传感设备指三维交互设备，通过头戴式显示器、护目镜等设备与虚拟环境产生交互作用，彼此影响，从而产生身临其境的真实感受和体验[3]。

1.2 VR 技术特点 VR 技术具有多感知性、存在感、交互性、自主性等特征。其中，多感知性指VR 技术包含的视觉、听觉、触觉、运动觉，甚至味觉、嗅觉等多重感知，即理想的VR 技术所应具备的一切人所具有的感知功能；存在感指用户作为主角所感受到的存在于模拟环境中的真实程度，理想的模拟环境应达到难辨真假的程度；交互性指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度；自主性指虚拟环境中的物体依据现实世界物理运动定律动作的程度。

2 VR 技术缓解疼痛的作用机制

随着VR 技术的发展，其在疼痛管理领域的优势日益突出，越来越多的研究者将其应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伤害感受器检测后通过Aδ纤维和C 纤维将信号传递到中枢神经系统获得。药物止痛是通过阻断C 纤维途径发挥作用，从而扰乱人类感知疼痛的方式[5]。而VR 技术则是鉴于人类的注意力有限，感知疼痛需要注意力这一原理，通过其他感官直接或间接作用于疼痛感知，转移病人注意力，从而减慢其对传入疼痛信号的反应[6]。

有研究者使用核磁共振成像（MRI）技术测量与疼痛关联的大脑活动，其间健康志愿者脚部暴露于电热元件的疼痛刺激中，同时接受脑部扫描，结果发现，无VR 技术干预时，志愿者报告有剧烈的疼痛和不适，并在大部分时间里回想这些疼痛；同时，MRI 扫描结果也显示，在已知的5 个对疼痛有感知的大脑区域内（脑岛、丘脑、初级体觉皮层和次级体觉皮层以及前扣带皮层的情感区域），与疼痛关联的活动剧烈增加。而当志愿者接受VR 技术干预，进入虚拟环境后，其大脑中与疼痛有关的活动减少，主观疼痛分数降低。表明VR技术通过转移注意力可改变志愿者对疼痛信号的感受，同时降低与疼痛有关的大脑活动量[7]。

3 VR 技术在病人疼痛管理中的应用现状

疼痛是一种包括感觉、认知、行为和心理因素的复杂体验[3]，包括急性操作性疼痛、慢性疼痛等。疼痛所致肢体障碍、感知异常、情绪改变等一系列反应，是影响人正常生理功能和导致工作力丧失最普遍、最直接的原因之一[8]。我国自2007 年逐步开设疼痛科以来，对病人疼痛的重视程度日益提高，但疼痛管理能力依然存在不足。目前，我国疼痛管理的重点多集中在肿瘤病人、外科术后病人等[9]，管理措施以药物干预为主，非药物性干预较少。

神经生理学家D.Wall 博士等在20 世纪60 年代提出疼痛“闸门控制”理论，该理论指出，疼痛具有很强的心理因素，同样的痛感可因病人所想事物不同而感受不同，即心理因素可影响病人对疼痛信号的接收程度，影响进入大脑皮层的疼痛信号数量。人类注意力每次处理的信息数量有限，有意识地进行相应选择，即转移注意力可一定程度上减轻病人疼痛[7]。因此，VR 技术作为一种有效转移注意力的新形式，在疼痛管理领域的应用得以发展。

3.1 VR 技术有利于缓解急性操作性疼痛 操作性疼痛指因医疗诊断、治疗和护理措施引起的短暂性急性疼痛[10]。因疼痛持续时间较短，所需要VR 技术干预时间相对较短，所获得的干预效果也较为明显。

3.1.1 注射 免疫接种、静脉注射、抽血等注射痛是诊疗过程中最常见的急性操作性疼痛，儿童由于疼痛耐受性差、对操作存在恐惧心理等，在接受此类操作时哭闹、不合作现象居多，可能在一定程度上影响治疗进程，如儿童免疫接种过程中，部分家长会担心接种过程中造成不适选择推迟接种[11]。为此，有研究者将VR技术应用于接受流感疫苗接种的244 名2～16 岁儿童，干预组儿童在接种疫苗时戴上VR 技术护目镜观看海洋场景，干预结束后对其父母及医生进行调查，干预组父母表示儿童接种期间疼痛体验减少48%～52%；医生表示接种者疼痛体验减少75%[12]。Nilsson 等[13]在小儿肿瘤科进行临床试验，分别有21 例接受静脉穿刺或皮下穿刺的患儿被分配到观察组和对照组，观察组使用VR 技术，穿刺前、穿刺中、穿刺后分别记录患儿疼痛自评值和观测值，结果发现，观察组患儿疼痛自评值和观测值均低于对照组。此外，半访谈式质性研究结果表明，VR 技术游戏更适用于儿童治疗过程，其内容吸引程度越高，儿童所感知的疼痛越少。

3.1.2 牙科手术 牙科病人常因畏惧治疗过程中的疼痛感而拒绝接受治疗，如何减少手术过程中的疼痛，增强病人依从性是牙科治疗的重点。华中科技大学同济医学院利用香港理工大学提供的由3D 眼镜、耳机、鼠标和计算机组成的VR 技术系统，设计了一款3D 游戏，在病人拔除上颌智齿术前5 min 使用该系统让病人进入游戏状态直至拔牙结束，游戏背景画面为大型冰激淋工厂，游戏者使用无线鼠标点击突然出现的偷吃冰激淋的狐狸，随着游戏时间推移，游戏难度逐渐增加，游戏设有5 种背景音乐备选。通过将使用该系统的病人与未使用该系统的病人进行比较，结果表明，VR 技术可通过分散病人注意力有效缓解病人拔牙过程中产生的疼痛[14]。将该系统应用于60 例儿童后，研究结果与成人一致[15]。但也有研究者指出，因佩戴3D眼镜和耳机，儿童视觉、听觉与外部世界隔离，部分儿童可能感到孤独、恐惧、缺乏感情支持，如Nilsson 等[16]研究中4 例儿童明确表示下次拔牙时拒绝参与，可能与6 岁以下儿童在接受医疗操作过程中更需要情感支持有关。

3.2 VR 技术有利于缓解慢性疼痛 近年来，慢性疼痛发生率显著上升，据报道，约1 亿美国人存在慢性疼痛[17]。慢性疼痛是生物、心理和社会三者相互作用的结果[18]。目前，慢性疼痛多以药物镇痛为主，而长期药物治疗可带来依赖、成瘾等诸多不良影响[19]。VR 技术在急性疼痛干预方面有良好效果，但其在慢性或长期疼痛治疗中的研究尚处于起步阶段。

3.2.1 烧伤 华盛顿大学附属Har⁃Borview 烧伤中心于1999 年将VR 技术首次应用于2 例严重烧伤的青少年病人，即病人戴着头盔，进行名为“蜘蛛世界”的游戏，病人手指佩戴电磁跟踪系统，可使其在抓到虚拟世界中的物品时产生真实感觉，结果显示：该系统不仅可以分散注意力，减轻疼痛和焦虑，而且可以促进病人肢体伸展，利于康复[20]。另有研究者将VR 技术与氯胺酮联合应用于1 例烧伤病人，用图形疼痛量表评估病人疼痛程度，结果表明，结合使用VR 设备的病人所感知到的疼痛程度与未使用VR 设备的病人相比较轻，且整个清创过程心情更加愉悦[21]。

3.2.2 慢性瘙痒 瘙痒是皮肤疼痛的一种前期表现形式，当存在痛觉的自主神经末梢受到致痒刺激时便会产生瘙痒感。Vera 等[22]将VR 技术用于24 例慢性瘙痒病人，病人被随机分配到观察组和对照组，观察组通过VR 设备观看游戏并进行操作，对照组仅通过电脑屏幕观看游戏，通过视觉模拟量表对两组病人游戏前、游戏中、游戏后的瘙痒程度进行评估，同时对两组病人试验时的挠抓行为进行记录，结果发现，观察组干预前与干预中的瘙痒感低于对照组，说明VR 技术可有效缓解病人的瘙痒感与不适。

3.3 VR 技术有利于增强疼痛耐受度 VR 技术除用于各病种病人外，还可用于健康人群。有研究者将41名18～23 岁的大学生分为两组，嘱其浸泡于1 ℃的水中，同时干预组使用VR 设备进行视频游戏，对两组大学生忍耐时长进行测定，结果表明干预组忍耐时间长于对照组，其疼痛耐受度也更强[23]。

4 VR 技术在病人疼痛管理中存在的问题

4.1 硬件供给 VR 技术的临床应用将使更多疼痛病人收益，但如何控制VR 技术应用成本，提高其有效利用率是需要思考的问题。VR 技术的物质基础是使病人能够看到虚拟环境的显示器，目前最普遍的显示器是头戴式显示器，根据其功能差异价位不等[4,24]。有研究者指出，尽管部分头戴式显示器大小可以调节，但其设备较重或占位较大，并不适于所有人群；同时头戴式显示器在医院推行过程中也面临感染控制等诸多问题[25]；此外，如增加病房设备供给数量，会导致医疗成本过大，如控制病房设备供给数量，则会导致其便利性受限。因此，VR 技术在疼痛领域的应用首先需解决硬件供给问题。

4.2 资源选择 目前，研究者的VR 资源主要有3 种：现有免费或价位较低资源、自行开发相关内容、针对目标人群与相关公司合作开发有针对性的内容[4]。尽管国际上可免费使用的VR 资源逐步增多，但国内相关研究起步较晚，研究者对VR 资源的获取途径缺乏了解，不能及时、有效地获取相关资源并加以应用；同时，免费资源因较为简易、单一，对疼痛干预效果缺乏一定的针对性。除免费或低价获取的资源，VR 内容也可使用部分开发平台自行开发，此方式具有针对性强、治疗性优等特点，但需要专业人员参与，对技术要求较高，且费用难以预估。针对目标人群与相关公司开发针对性内容是目前最为便利的途径，但在研究过程中存在利益冲突风险。

5 不足之处及建议

VR 技术在舒缓烧伤病人清创和物理治疗性疼痛[26]、牙科手术痛、注射痛、慢性瘙痒等方面具有一定效果，但其运用仍处于初级阶段，且尚存诸多不足：国外临床性试验和实验室研究所涉及样本量较小，一般不超过100 人[27]；在论证VR 技术与疼痛舒缓之间的关系时，样本人群局限，大体分为健康志愿者和特定病种病人，如烧伤病人、癌症病人等，少见VR 技术用于舒缓其他人群疼痛的研究[28]；在对疼痛进行评估时，多使用病人主观评分作为依据，如疼痛图形评定量表和视觉模拟量表，缺乏对客观性指标的考评；论证VR 技术缓解疼痛的研究多是对实时效果的评价，缺乏对该技术远期疗效的追踪[29⁃31]。故在未来还需进行更大样本、更广泛人群、涵盖更多客观评价指标、追踪远期效果、探索影响干预效果因素等的研究[32⁃33]。同时，由于国内运用VR 技术缓解疼痛的相关研究尚未检索获得，考虑到文化背景等差异，国外VR 技术对疼痛缓解的成功经验在我国是否可行有待考证，研发适用于我国疼痛病人的VR 设备和疼痛评估工具将是我国研究者今后需要研究的课题之一。此外，随着计算机技术的发展，未来还应设计便携式VR 设备供慢性病病人居家护理使用；在设计VR 技术系统时贴合病人需求，体现个性化和人文关怀主义色彩；将VR 系统与健康教育及手术治疗前准备等相关信息相结合，增强病人对即将发生的医疗程序的控制感，增加病人满意度；在VR 画面中插播父母笑脸或父母安慰的话语，给患儿情感支持以减少不安全感，同时减少由于父母陪伴对医务人员展开治疗过程的妨碍；护理人员在临床工作中应根据病人类型选择合适的分散注意力的方法，以控制病人疼痛与焦虑，从而为病人提供优质护理服务[34]。

随着显像技术的突破与高精度头盔式显示器成本下降，VR 技术在疼痛管理领域必将有更大发展[35⁃36]。