Технологии виртуальной реальности в медицине
Сегодня подавляющее большинство новых IT-технологий в первую очередь находят применение в сфере развлечений. Яркий тому пример — виртуальная реальность. Но шлемы и очки, погружающие нас в иные миры, могут быть полезны вовсе не для одних лишь изощрённых игр. К примеру, технологии виртуальной реальности могут найти широкое применение в медицине.
Когда в октябре прошлого года Microsoft продемонстрировала прототип Project X-Ray, геймеры по всему миру были в восторге. Пользователь в очках виртуальной реальности (ВР) и с манипулятором в руках сражался против роботов, прорывающихся сквозь стены. Ещё в первой половине 1990-х были неоднократные попытки использования технологий ВР в игровой индустрии. И в то время мало кто представлял себе иную сферу применения. Но сегодня ВР всё чаще находит применения в таких областях деятельности, как научные исследования, спорт, военные разработки, образование, автотранспорт и даже здравоохранение.
Согласно прогнозу исследовательской и консалтинговой компании IndustryARC, к 2020 году общемировой рынок технологий виртуальной и дополненной реальностей в здравоохранении достигнет $2,54 млрд. В основном они будут применяться для обучения врачей и реабилитации пациентов.
В апреле этого года в Королевском Лондонском Госпитале была проведена операция по удалению раковой опухоли. Это событие примечательно тем, что весь ход операции транслировался в сеть благодаря очкам Google Glass, которые были надеты на хирурге. 13 000 студентов-медиков не просто наблюдали почти в прямом эфире (с минутной задержкой), но и задавали хирургу вопросы, которые отображались в виде текста на периферии его поля зрения, а он отвечал на них голосом.
Конечно, операции снимались и раньше, но это первый случай, когда:
- Зрители могли наблюдать весь процесс глазами хирурга.
- Операцию можно было смотреть практически в реальном времени на любых мобильных устройствах, в том числе очках ВР.
- Можно было удалённо задавать хирургу вопросы и получать ответы.
Кстати, доктор Шафи Ахмед, проводивший операцию, вообще не чужд высоких технологий, и сейчас экспериментирует с 360-градусным съёмками. По его мнению, это позволит создавать более эффективные обучающие видео для студентов-хирургов.
Но даже имея возможность свободно осматриваться по сторонам при просмотре видеозаписи, студенты остаются пассивными наблюдателями. Поэтому совершенно логично, что ВР используется и для создания трёхмерных симуляций с полным погружением, в которых будущие врачи могут оттачивать свои навыки осмотра и лечения пациентов. Например, компания Medical Simulation Corp. разработала комплекс Simantha, на котором хирурги-кардиологи учатся исследовать сердце человека. Здесь используется полноразмерный манекен, позволяющий вводить контрастное вещество в «артерии» и использовать различные инструменты для проведения всевозможных манипуляций с «сердцем». Человек контролирует все свои действия по мониторам, где отображается полноценная симуляция внутренностей сердца. При этом комплекс снимает всевозможную телеметрию и точно реагирует на действия врача, как это происходит в жизни. Могут симулироваться индивидуальные особенности системы кровообращения пациента, и даже нестандартная реакция на различные лекарства.
Для обучения медицинских работников разных специальностей применяются и более традиционные виды технологий ВР — тематические приложения на базе трёхмерных движков. Например, под маркой HumanSim выпускаются программы для обучения основам общения с пациентами, анестезиологии, седации и вентиляции лёгких, оказания первой помощи в военно-полевых условиях и т.д. Движок HumanSim также может использоваться для создания собственных медицинских симуляций.
Пожалуй, именно в хирургии технологии ВР находят наиболее широкое применение. Оно и понятно — трудно найти другую область медицины, в которой визуализация и обратная связь на действия врача играет ещё более важную роль.
Как и в любой другой профессии, в хирургии мастерство нарабатывается с опытом. Никакие манекены не сравнятся по степени правдоподобия с качественно выполненным виртуальным тренажёром. А при обучении в анатомичке далеко не всегда «рабочий материал» реагирует на ошибки студентов так же, как живой человек, например, если будет случайно задет кровеносный сосуд. Да и на всех студентов не напасёшься. А виртуальные тренажёры не страдают от нехватки образцов и виртуальных тел.
Например, в Стэнфордском Университете разрабатываются и применяются программно-аппаратные комплексы с высокой степенью детализации различных органов и частей тела человека, обеспечивающие тактильную обратную связь. Это позволяет хирургу при обучении ориентироваться в ситуации не только визуально, но и тактильно.
Работая с цифровыми моделями органов человека, в виртуальном окружении, копирующем настоящее, уже состоявшиеся хирурги тренируются выполнять тонкие и сложные процедуры. Это помогает повысить точность действий врача, снизить вероятность ошибок и послеоперационных осложнений. К тому же, иногда лечение требует применять довольно редкие виды вмешательства, с которыми многие рядовые врачи просто не сталкивались. И недостаток реального опыта вполне можно отчасти компенсировать на виртуальных тренажёрах.
К слову, ВР позволяет тренироваться и врачам, использующим робохирургические установки — телехирургам и микрохирургам.
Им в этом отношении даже несколько проще, ведь дисплей — неотъемлемый рабочий инструмент этих специалистов. Согласно ряду исследований, ВР-тренажёры заметно повышают эффективность врачей, специализирующихся в робохирургии.
Всё на благо пациентов
Технологии ВР применяются в здравоохранении не только для обучения врачей. Реабилитация пациентов — важный этап на пути к выздоровлению или адаптации. Например, многие пациенты, потерявшие конечности в результате травмы или операции, сталкиваются с синдромом фантомных болей. Это может выражаться в ощущении жжения, зуда, покалывания и иных формах. До недавнего времени не существовало достаточно эффективных способов избавления от фантомных болей. В Технологическом Университете Чалмерса (Chalmers University of Technology), Швеция, пациенту с ампутированной рукой подключили к культе датчики, снимавшие сигналы с сокращавшихся мышц, а компьютер транслировал их в движения виртуальной руки, отображавшейся в очках ВР. Причём рука не просто двигалась, пациент мог с её помощью водил виртуальный автомобиль. То есть мозг получал хотя бы визуальное подтверждение того, что конечность, которой он пытается управлять, существует и реагирует не сигналы. Как отметил пациент, интенсивность болей после этого заметно уменьшилась, и возникать они стали реже. Правда, это не было полноценным клиническим исследованием на достаточно репрезентативной выборке, но всё же результат обнадёживает.
Другой интересный пример использования ВР — терапия пациентов с нейрофизиологическими нарушениями. Например, установка MindMaze отслеживает движения человека и отображает их на дисплее. Как утверждают разработчики, стараясь выполнить предлагаемые задания, мозг постепенно восстанавливает и перестраивает нарушенные нейронные связи.
Наше сознание — невероятно мощный инструмент, способный полностью менять наше восприятие себя, своего тела и окружающего мира. К сожалению, мы очень плохо умеем управлять этим инструментом. Но есть и положительные примеры. Пациенты с обширными ожогами тела страдают от сильных болей, которые не удаётся полностью снять медикаментозными средствами.
Специально для них была разработана виртуальная игра SnowWorld. Действие разворачивается в ледяном мире, в качестве врагов выступают снеговики и пингвины, а всё оружие — изо льда и снега. Согласно результатам исследований, благодаря этой игре ожоговые пациенты тратят втрое меньше времени на размышления о боли от ожогов: 22% времени вместо 76%.
Применяется ВР и для лечения психологических расстройств. Например, отмечены многочисленные случаи ослабевания фобий, когда применяется экспозиционная терапия в сочетании с очками ВР. Например, человеку с арахнофобией демонстрируют виртуальных пауков. Сначала на расстоянии, потом к ним можно приближаться, и даже взаимодействовать с паучками.
А страдающих от акрофобии отправляют гулять по крышам виртуальных зданий, с постепенным увеличением этажности. Есть приложения для профилактики боязни летать, водить машину и ряда других фобий.
Виртуальные симуляторы военных действий могут служить не только для развлечения и тренировки солдат, но и для смягчения симптомов посттравматического стрессового расстройства у ветеранов. Это достигается с помощью обыгрывания различных сценариев и травматических событий, ставших причиной этого психического расстройства, с параллельной работой с психологом. Зачастую применяется отслеживание движений глаз пациента, что помогает точнее определить травмирующие события для последующей отработки с врачом. Но пока что среди специалистов существуют противоречивые мнения относительно эффективности использования ВР для лечения ПТСР.
Наконец, технологии ВР используются для социальной адаптации аутистов. Это расстройство проявляется по-разному, и во многих случаях аутистам приходится нелегко, когда они сталкиваются с правилами и особенностями человеческого общества и окружающего мира. А с помощью ВР можно безболезненно обыгрывать различные ситуации, показывая, как лучше вести себя в тех или иных ситуациях.
В целом, технологии ВР делают лишь первые шаги в здравоохранении. Растёт доступность и разнообразие устройств и программного обеспечения, и можно с достаточной уверенностью спрогнозировать, что новые технологии будут всё активнее использоваться при обучении врачей. Не исключено, что появятся новые разработки на стыке ВР, больших данных и искусственного интеллекта. Например, системы, которые в реальном времени будут анализировать текущую ситуацию и вырабатывать визуальные рекомендации и подсказки для врача, облегчая диагностирование и лечение, уменьшая вероятность врачебных ошибок.
