Виртуальная реальность (VR) в медицине представляет собой фонд возможностей, который постоянно пополняется новыми преимуществами, особенно в здравоохранении.
Виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR) в сочетании с клиническим опытом врача смогут обеспечить индивидуальное лечение каждого пациента, гарантируя его более быстрое и стабильное выздоровление. VR создает трехмерный мир, полностью отделяя пользователя от реальности, в AR не теряется связь с реальностью, просто дополнительную информацию в фото-, видео- или 3D-формате максимально быстро помещают в поле зрения.
Виртуальная реальность уже сейчас используется во многих областях клинической и профилактической медицины в самых разных приложениях, включающих повышение квалификации врачей, профессиональное образование для студентов, немедикаментозные методы лечения пациентов, информирование людей о болезни или медицинском процессе.
В данной статье будут приведены многочисленные примеры, как технология VR уже спасает жизни людей, помогает врачам в некоторых областях медицины — от хирургии до реабилитации, поддерживает пациентов, страдающих разными заболеваниями. С каждым месяцем разнообразие устройств и приложений увеличивается, что способствует более быстрому развитию VR в медицине.
Центральным элементом технологии VR является способность виртуальной реальности к погружению поля восприятия человека в смоделированную среду. Это означает, что пользователь психологически чувствует себя присутствующим в цифровом мире, а не в своей физической реальности.
Несмотря на схожую структуру VR-устройств, существуют расхождения в требованиях к аппаратному и программному обеспечению. Многое зависит от областей применения или избранной модели использования. Так, симуляторы виртуальной реальности для образования ориентированы на трехмерную среду и сетевые ресурсы. Для тренировки хирургов нужны симуляторы виртуальной реальности, которые позволят взаимодействовать с хирургическими инструментами и виртуальной анатомией человеческого организма. VR-инструменты для коррекции психологических расстройств ориентированы на контроль эмоций и обратную связь.
VR В ОБУЧЕНИИ ВРАЧЕЙ И СРЕДНЕГО МЕДИЦИНСКОГО ПЕРСОНАЛА
VR в области образования начала свое победное наступление с применения различных симуляторов для демонстрации явлений, процессов и объектов, которые крайне затруднительно или невозможно наглядно предъявить в настоящей реальности. Они могут просматривать мельчайшие детали любой части тела с помощью 360° CGI-реконструкции.
В 2016 году группой ученых было проведено масштабное обзорное исследование, посвященное внедрению VR в обучение медицинских работников. На основании публикаций в PubMed, Scopus, Web of Sciences, Springer и Google Scholar они отобрали 21 публикацию из 1343. Авторы обзора сообщили о том, что в 11 статьях (48%) описан опыт применения виртуальной технологии для обучения лапароскопической хирургии. Использование виртуальной реальности улучшило обучение по данным 17 (74%) исследований, в 20 (87%) исследованиях сообщалось о большей точности на практике людей, прошедших тренинги с помощью VR. Авторами был сделан вывод о том, что применение возможностей виртуальной реальности играет важную роль в улучшении работы различных групп медицинских работников, а также, что в дальнейшем обучение будет происходить с учетом их индивидуальных и коллективных потребностей.
Студенты медицинских вузов изучают строение тела с помощью виртуальной реальности, позволяющей до мельчайших деталей проанализировать человеческое тело, начиная со скелета, нервной системы, мышц и всего остального. Такое обучение предлагает уникальные возможности и повышает качество знаний будущих врачей. Врачи хирургических специальностей могут отработать практические навыки операций и/или манипуляций без риска совершения ошибок; врачи-психиатры – увидеть мир пациентов с нарушениями психики; студенты медицинских ВУЗов – научиться выполнению элементарных процедур. Виртуальная реальность позволяет моделировать перенос в пространстве и времени, а также совершать визуальные преобразования объектов. Приложения VR можно использовать для моделирования чрезвычайных ситуаций, несчастных случаев или ситуаций, угрожающих жизни, благодаря чему сотрудники бригад скорой помощи и МЧС могут обучаться действовать под высоким давлением и приобретать ценные навыки в довольно реалистичной атмосфере. В учебную программу студентов Стэнфордского университета (США) был включен проект «Виртуальное сердце», позволяющий погружаясь в VR, изучить анатомию сердца механизмы его функционирования.
Фармацевтическая компания AbbVie на одной из медицинских выставок предоставила участникам мероприятия возможность прочувствовать повседневное состояние пациента с болезнью Паркинсона. Надев гарнитуру, участники могли воочию увидеть, как больной Паркинсоном перемещается по виртуальному супермаркету, сталкиваясь с неловкими моментами при контакте с другими людьми.
Примеры образовательных программ в России были проанализированы в ряде статей и все они подтверждают это направление, как перспективное, одновременно формулируя принципы проектирования образовательных VR-приложений. Обучение медицинских работников с помощью инновационной VR-технологии дает ряд преимуществ, в числе которых нулевой риск, безопасная и контролируемая зона обучения, реалистичные сценарии медицинских случаев, возможность удаленного обучения, упрощение в изучении сложных проблем.
ХИРУРГИЯ
В современной хирургии в течение последних нескольких лет роботизированные устройства выполняют высокоточные операции под контролем хирурга, в том числе с помощью технологии VR, которая обеспечивает врачу точность и эффективность работы. Перед проведением операции хирурги могут использовать технологии виртуальной реальности, чтобы смоделировать ход предстоящего вмешательства, изучить трехмерные модели внутренних органов, их топографии относительно других анатомических структур.
Есть доказательства, что использование VR повышает точность и информативность хирургических вмешательств. Это осуществляется на стадии принятия решений в предоперационный и интраоперационный периоды, когда виртуальную модель, воспроизводящую анатомические особенности оперируемого, выводят на дисплей специальным проектором, или, когда хирург работает в шлеме с технологией Video See-Through.
Отечественные урологи считают, что благоприятный исход хирургического лечения пациентов с саркоматоидной трансформацией почечно-клеточного рака «во многом обеспечивается виртуальным планированием операции на основании трехмерных моделей – мультипланарных изображений, полученных при мультиспиральной компьютерной томографии с контрастированием». Цифровые изображения, полученные на современном компьютерном томографе, могут быть использованы для построения в виртуальном пространстве объемных объектов – 3D-моделей.
Конусно-лучевая компьютерная томография и плоско-панельные рентгеновские детекторы позволили интраоперационной 3D-визуализации занять свое достойное место в ортопедической и травматологической хирургии. Кроме помощи хирургам при проведении операций, технология привела к существенному снижению дозы облучения пациентов и врачей. С помощью 3D-визуализации редукция переломов, процедуры остеотомии и имплантации прослеживаются в безопасном режиме.
Особенности VR в хирургии:
VR-система воспроизводит ощущение взаимодействия с реальным хирургическим инструментом, например, скальпелем по типу обратной связи. Хирург может почувствовать виртуальный скальпель, разрезающий ткани и мышцы, точно так же, как при реальной операции. Это позволяет ему скорректировать свою технику.
Обратная связь различается в зависимости от того, на какой части тела выполняется операция, инструмента и процедуры.
Очки виртуальной реальности используются во время онлайн-трансляций операций, так как помогают специалистам получать в полном объеме и в режиме реального времени информацию о состоянии оперируемого.
В кардиологии с помощью симулятора Simman, представляющего собой манекен в человеческий рост, имитирующий сердечно-сосудистую систему человека до мельчайших деталей, совершенствуют свои навыки хирурги-кардиологи.
Совершенствованию навыков хирургов могут способствовать видеоигры. Игровая моторика развивает точность движений, которая помогает хирургу в проведении, например, лапароскопических операций на брюшной полости. Согласно исследованию, еженедельная игра в «Top Gun» в течение трех часов способствует сокращению на 37% числа ошибок, допускаемых хирургами и увеличению скорость проведения операций.
В последующем исследовании этого же автора было изучено благотворное влияние на подготовку к хирургическим операциям игр «Underground video games» и «Super Monkey Ball». Удивительно, что простая игра про обезьянку тренирует моторику хирурга практически так же, как профессиональный тренинг по лапароскопии. Следующим шагом в повышении точности работы хирургов станет технология, основанная на нейрокомпьютерном интерфейсе.
СТОМАТОЛОГИЯ
VR в стоматологии тоже интересна для инновационного решения проблем и обучения стоматологов, с применением шлема виртуальной реальности, чтобы предоставить врачу визуальные инструкции для выполнения необходимой задачи. «Умные очки» отображают трехмерную модель зубов и всей головы человека, благодаря чему обучающийся стоматолог может изучить и применить на практике различные стоматологические манипуляции, например, лечение зуба с помощью виртуального сверла.
VR-планирование лечения во времена цифровой стоматологии становится ключевым элементом стоматологической практики. Современные технологии компьютерного программирования для медицинской визуализации превратят двумерные осевые изображения в трехмерные виртуальные модели 3D, которые детально отразят индивидуальную анатомию пациента. Таких цифровых данных достаточно стоматологу-ортопеду и стоматологу-хирургу для выполнения любых ортопедические процедуры.
VR-cтоматология не только позволяет провести подготовку операции в сложных случаях, обеспечивая визуальное сканирование полости рта пациента перед изготовлением имплантатов, мостовидных протезов, коронок, но и помогает хранить виртуальную информацию для последующего лечения. Например, применяя индивидуально позиционируемый формирователь десны, стоматолог-имплантолог снижает опасность различных воспалительных осложнений в периимплантатной зоне, сохраняет естественное кровообращение в десне, уменьшает резорбцию костной ткани в области имплантатов. Для последующего контроля процесса заживления «виртуальная конструкция формирователя хранится в памяти компьютера, что позволяет осуществлять его коррекцию и передавать информацию во фрезерный центр или в клинику для согласования с врачом-ортопедом».
ОФТАЛЬМОЛОГИЯ
Офтальмологами давно подробно описано создание компьютерных обучающих тренажеров с виртуальной реальностью, а также созданы модели компьютерного тренажера для обследования зрения. Представляет интерес изобретение для проведения периметрии у пациентов с отсутствием центрального зрения. В комплект медицинского оборудования входит портативное устройство, состоящее из шлема виртуальной реальности с дисплеем и компьютера для последовательного предъявления паттернов и фиксации результатов исследования. Это диагностическое оборудование обеспечивает возможность оперативно изучать состояние поля зрения у пациентов, которые не могут удерживать взор на точке фиксации.
Эффективно работают программные комплексы для тренировки зрительных органов с применением технологии виртуальной реальности «Амблиотренер» и «Стработренер». Первый предназначен для проведения ряда мероприятий при терапии амблиопии, а второй — лечения косоглазия. Этими же разработчиками создан программный комплекс для проверки остроты зрения с применением технологии виртуальной реальности «Визус VR». Компьютерная программа обеспечивает моделирование трехмерной виртуальной сцены, позволяя визуализировать классические методики визометрии с высоким разрешением.
Погружая офтальмологического пациента при помощи специализированного оборудования в VR, проводится коррекции зрения, доступная людям, носящим очки или линзы, благодаря достаточному пространству.
Офтальмолог может предоставить приложение, которое стимулирует зрение пациента с катарактой и другими заболеваниями. Пациенты, которые наглядно увидели свои проблемы, поняли их суть, будут более активно участвовать в лечении.
Во время пандемии COVID-19 технологии VR стали использоваться для самодиагностики пациентов, потому что в отдаленных районах посещение клиник затруднено или невозможно по эпидемиологическим причинам.
