Пять путей, которыми виртуальная и дополненная реальности преобразуют медицину

Очень может быть, что вы связываете виртуальную реальность исключительно с играми, особенно после того, как ...

Очень может быть, что вы связываете виртуальную реальность исключительно с играми, особенно после того, как Facebook купила Oculus VR. Однако технология, которая создает захватывающие трёхмерные виртуальные среды, имеет огромный потенциал не только в увлекательных развлечениях и впечатлениях, но и для изменения традиционных медицинских методик. От очков до сред со сломом пятой стены, от решений на базе привычных компьютеров до Google Glass — перед вами пять различных экспериментов, в которых показано то, как виртуальная и дополненная реальности в это самое время меняют способы лечения и диагностики заболеваний и хронических состояний.

Диагностика снижения когнитивных возможностей

Новый исследовательский проект Института Qualcomm в Калифорнийском университете под названием VE-HuNT System (Virtual Environment Human Navigation Task — Урок по навигации человека в виртуальной среде) использует виртуальную реальность для помощи в лечении и диагностике нарушений памяти и таких болезней, как слабоумие. Система представляет собой исследовательский проект Эдуардо Маканьо (Eduardo Macagno), профессора биологических наук.

При диагностике когнитивных нарушений врачи часто оценивают то, как пациенты ориентируются в открытом пространстве или зданиях, поскольку эта способность страдает одной из первых. Но исследователям трудно в реальном времени определить момент, когда человек теряется или дезориентируется. VR-инструмент Маканьо помещает испытуемых в интерактивную «комнату», по которой те передвигаются с помощью руля и педали газа. Им предлагается целый спектр навигационных упражнений, таких как поиск цветной плитки на полу или передвижение без подсказок. «Идея в том, — объясняет Маканьо, — чтобы дать пожилым людям несколько тестов и посмотреть, где они терпят неудачи. Мы записываем, сколько времени у них это заняло, какие пути они выбирали». Специальный алгоритм отслеживает зрительное внимание человека на предмет способности к пространственному ориентированию.

Исследование VE-HuNT базируется на виртуальных средах NexCAVE или StarCAVE от Института Qualcomm. В ранних пресс-релизах университета объясняется, что StarCAVE — это виртуальный зал пятой стены (по аналогии с четвёртой стеной, которую ломают обращающиеся к зрителю актёры, слом пятой стены обозначает помещение зрителя в центр событий в качестве действующего лица), в котором трёхмерная анимация проецируется на полностью окружающие человека экраны, тогда как NexCAVE использует девять дисплеев высокого разрешения для создания высококачественной виртуальной реальности, по полю зрения очень близкой к человеческим возможностям (примерно 180 градусов — прим. ред.). Сама система построена из доступных потребителю компонентов и, как сообщается, достаточно компактна для размещения в любом медицинском учреждении, чтобы такие учреждения могли позволить себе менее затратный вариант оценки рисков для здоровья, чем с приборами для магнитно-резонансной и позитронной эмиссионной томографии, используемых в этих целях сегодня. Маканьо стремится в конечном итоге создать инструмент, который будет использоваться для клинических и биомедицинских исследований, медработниками, дизайнерами и потенциально архитекторами здравоохранения.

VE-HuNT-System-virtual-reality-University-of-California-San-Diego-e1408631794108

Также он отмечает, что в проект при участии 20 взрослых людей в различных стадиях нарушения мыслительных процессов, а также контрольной группы из 20 человек были заявлены и очки виртуальной реальности, вроде Rift, но ощущение бестелесности и невозможность увидеть самого себя приводят к головокружению и другим проблемам у пожилых людей, к тому же HMD «съедают» периферийное зрение, которое является неотъемлемой частью ориентирования, особенно у целевой аудитории.

Улучшение социального ориентирования у людей при прогрессирующем аутизме

В некоторых исследованиях виртуальная реальность используется как метод терапии для подростков с расстройствами аутистического спектра. Одно из них, проводимое учёными Техасского университета в Далласе Мишель Кандалафт (Michelle R. Kandalaft), Нязом Дидебани (Nyaz Didehbani), Дэниэлем Кравчиком (Daniel C. Krawczyk), Тандрой Эллиен (Tandra T. Allen) и Сандрой Чапман (Sandra B. Chapman), сосредоточено на употреблении VR-тренировок по социальному взаимодействию для восьми молодых людей с прогрессирующим аутизмом и имеет целью помощь в улучшении их социальных навыков.

Исследование было сосредоточено именно на молодых людях потому, что им, как правило, трудно даётся переход во взрослую жизнь, поскольку социальные нарушения отражаются на построении отношений, работе и участии в других общественных процессах. Каждый их этих аспектов играет особенно важную роль в переходном возрасте, и традиционные методы терапии были сосредоточены на отдельных социальных навыках для расширения адаптированности и возможностей.

10803_2012_1544_Fig1_HTML

В проекте Техасского университета работает виртуальная реальность Second Life — трёхмерный виртуальный мир, с помощью которого пациентам даётся практический опыт в реалистичных социальных сценариях. В виртуальной среде было офисное здание, бильярдный зал, ресторан быстрого питания, магазин техники, квартира, кофейня, магазин одежды, школа, палаточный лагерь и Центральный парк, и каждый участник с тренером получили аватаров, созданных по их образу и подобию. Аватары контролировались с помощью стандартной клавиатуры и мыши, и одна участница использовала софт для голосового управления MorphVox, чтобы её аватар мог звучать, как она — например, в сценарии с собеседованием при приёме на работу.

Практикуя такие ситуации, как знакомства, беседы с друзьями, конфликты с коллегами и многое другое, участники показали улучшение в трёх социальных навыках и областях: вербальном и невербальном узнавании, опознавании модели психического состояния человека и разговоре. Исследование показывает, что виртуальная среда может давать интерактивный и визуально стимулирующий подход к лечению, и её использование является перспективным методом тренировки социального взаимодействия.

Экспозиционная терапия в виртуальных средах снимает посттравматический стресс

В Институте Технологий творчества при Университете Южной Калифорнии виртуальную реальность использовали при экспозиционной терапии для облегчения посттравматического стресса. Разработанная там система Bravemind основана на концепции, в которой пациент сталкивается с воспоминаниями о травме и переживает их, пересказывая опыт психотерапевту. Разработка помогла экспозиционной терапии выйти на новый уровень, на котором пациент действительно переживает произошедшее заново, а не просто вспоминает.

Сейчас Bravemind используется более чем в 60 кейсах, в том числе для госпиталей, военных баз и университетов. Исследователи создали виртуальные имитации афганских и иракских городов, пустынь, сценарии для военных медиков, система адаптирована для тренировки по сопротивляемости стрессу, а также для оценки травм. Кроме того в разработке сценарии, имитирующие сексуальные травмы на службе.

Виртуальная среда подаётся на специальные очки, и моделирование включает трёхмерное озвучивание, вибрацию и даже запахи. Имитация контролируется медиками, которые поддерживают связь с пациентом через аудиоканал.

Руководитель проекта Bravemind Альберт Риццо (Albert Rizzo) также разработал системы виртуальной реальности для физической реабилитации больных, переживших инсульты и черепно-мозговые травмы, тренировок по работе с протезами. Сейчас в его планах сценарии для терапии при расстройствах аутистического спектра с решением проблем социального и профессионального взаимодействия.

Дополненная реальность в терапии фантомных болей

Доктор наук по биомедицине и сотрудник Технологического университета Чалмерса в Швеции Макс Ортис Каталан (Max Ortiz Catalan) вместе с коллегами Никласом Сандером (Nichlas Sander), Мортеном Кристофферсенем (Morten B. Kristoffersen), Бо Хаккансоном (Bo Hakansson) и Рихардом Брэйнмарком (Rickard Branemark) разработали терапию дополненной реальности для облегчения фантомных болей у инвалидов. Этот недуг традиционно лечат множеством различных способов, среди которых есть так называемая зеркальная терапия: в ней используется обычное зеркало для перенастройки представления пациента о том, где и какие конечности у него на месте. Наше тело имеет свойство искажать картину наличия конечности, когда происходит её тяжёлое повреждение или потеря, и эксперты считают, что именно этими искажениями вызываются боли в фантомах конечностей, которых больше нет. Мозг помнит боль в конечности, испытанную до её лишения и продолжает посылать одни и те же нервные сигналы, поскольку считает, что часть тела всё ещё на месте. В зеркальной терапии пациент координированно двигает обеими конечностями — реальной и фантомной, чтобы скорректировать ощущения тела.

fnins-08-00024-g001

В исследовании Университета Чалмерса экспериментальное лечение работало с пациентом, который испытывал хронические фантомные боли 48 лет подряд и не реагировал на другие медикаментозные и не медикаментозные терапии. Он контролировал виртуальную конечность сигналами от культи. Она реагировала напрямую на миоэлектрическую активность культи, и иллюзия восстановленной части тела усиливалась дополненной реальностью. Затем фантомные движения были использованы в виртуальных и дополненных средах в гоночном симуляторе.

Первоначально пациент сообщал, что его ладонь сжата в кулак, и терапия постепенно помогла ему расслабиться и повторить позу виртуальной конечности. Кроме того пациент сумел двигать фантомной рукой, и она встала на анатомически правильное расстояние, а также испытал ослабление болей и даже безболезненные периоды. Дополненная реальность в сочетании со способностью пациента контролировать фантомную конечность сигналами с культи, как полагают учёные, сделала терапию более эффективной, чем традиционная зеркальная терапия или её аналог в виртуальном пространстве, который предполагает одновременное движение двумя конечностями, исключает работу со случаями двусторонней ампутации и менее реалистичен.

Дополненная реальность повышает точность хирургов

Стэнфордский врач Гомеро Ривас (Homero Rivas) экспериментировал с приложением для Google Glass под названием «MedicAR», разработанным европейской командой специализированных программистов под Glass — Droiders. Партнёрство между Ривасом, который является ведущим специалистом Стэнфорда по инновационной хирургии, и Droiders вышло за рамки просто нательных устройств, когда он познакомился с исполнительным директором студии Джулиан Белтран (Julian Beltran).

Возможности Google Glass по созданию дополненной реальности дают хирургам инструмент для пошаговой визуализации операций прямо на пациенте. Это позволяет приступить к процедуре с лучшим пониманием того, где находится опухоль или где должен идти разрез, что минимизирует травмоопасность. С приложением MedicAR хирурги в Glass могут справляться с AR-видео, наложенным на пациента. Они могут видеть прямо над ним показатели МРТ, чтобы уточнить процедуру.

Ривас предусматривает разнообразие медицинских применений Google Glass и приложений, которые разработчики создают для нательных устройств. Хирурги смогут выполнять операции, консультируясь с коллегами на больших расстояниях, и потоковые трансляции процедур обеспечат отрасли удалённое обучение на реальных примерах. Кроме того студенты-медики смогут использовать дополненную реальность для улучшения их хирургической техники. Они даже могут заменить компьютерными моделями настоящие тела.

Джесс Боллю (Jess Bolluyt), Wall St. Cheat Sheet

Раздел
Статьи

Другие статьи