虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)緩解急性疼痛的作用機(jī)制及應(yīng)用進(jìn)展

張 揚(yáng)，林燕珊，安春燕，林潔慧，鄧華好

疼痛是臨床上常見的疾病癥狀之一，根據(jù)持續(xù)時(shí)間的長短將疼痛分為急性疼痛和慢性疼痛，相較于慢性疼痛，急性疼痛在日常生活中更為常見。急性疼痛是指因物理、化學(xué)、創(chuàng)傷和感染等引起的急劇、短暫性疼痛，一般持續(xù)時(shí)間≤6周[1]。相關(guān)文獻(xiàn)指出，臨床上84%的病人因?yàn)榧毙蕴弁磳で筢t(yī)療幫助[2]。目前，臨床上病人疼痛管理的首選方案是采用鎮(zhèn)靜類藥物，然而藥物治療存在較多副作用，如藥物依賴性、耐藥性、過度鎮(zhèn)靜、惡心嘔吐，甚至侵入性鎮(zhèn)痛方式存在感染和呼吸抑制的風(fēng)險(xiǎn)[1]。因此，美國疼痛協(xié)會(huì)和麻醉師協(xié)會(huì)建議盡快找到能緩解急性疼痛的替代方式[3]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(virtual reality,VR)是一項(xiàng)新興技術(shù)，用戶可以通過沉浸于虛擬環(huán)境中的方式起到分散注意力的作用[1]。該項(xiàng)技術(shù)最早于20世紀(jì)90年代被國外學(xué)者用于燒傷病人疼痛管理，并有效緩解了病人的疼痛感[4]。然而，該項(xiàng)技術(shù)在我國還處于臨床應(yīng)用起步階段?，F(xiàn)從VR技術(shù)簡(jiǎn)介、緩解急性疼痛的作用機(jī)制、急性疼痛評(píng)估工具以及應(yīng)用現(xiàn)狀方面進(jìn)行綜述，以期為VR技術(shù)在病人急性疼痛管理中的推廣和應(yīng)用提供理論參考和依據(jù)。

1 VR技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 VR技術(shù)相關(guān)概念 VR技術(shù)是一種模擬真實(shí)世界創(chuàng)造出3D虛擬環(huán)境的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)[5]。將該系統(tǒng)與硬件設(shè)備結(jié)合，如頭盔式和眼鏡類顯示器，體驗(yàn)用戶可以通過輸出設(shè)備沉浸于模擬環(huán)境中，讓用戶真真切切地感受到虛擬環(huán)境中物體，仿佛身臨其境[5]。VR應(yīng)用涉及多個(gè)學(xué)科，應(yīng)用領(lǐng)域不同，其相應(yīng)的作用功能也不同。根據(jù)沉浸式體驗(yàn)角度分為交互式體驗(yàn)和非交互式體驗(yàn)，兩者區(qū)別在于非交互式體驗(yàn)的所有內(nèi)容均為提前規(guī)劃好，體驗(yàn)用戶不能通過任何操作去改變環(huán)境，也就是不能與模擬環(huán)境進(jìn)行交互和互動(dòng)；而交互式體驗(yàn)系統(tǒng)用戶可以在體驗(yàn)中通過游戲手柄、數(shù)據(jù)手套、模擬戰(zhàn)斗機(jī)等去感受環(huán)境的變化，沉浸感更強(qiáng)烈[6]。VR根據(jù)系統(tǒng)功能角度分類，包括規(guī)劃設(shè)計(jì)、展示娛樂、訓(xùn)練演練等，規(guī)劃設(shè)計(jì)可用于新產(chǎn)品的實(shí)施，減少實(shí)驗(yàn)支出；展示娛樂適用于觀賞體驗(yàn)，如災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)、3D游戲；訓(xùn)練演練包括情景教學(xué)、術(shù)前訪視、手術(shù)訓(xùn)練等，用戶可以根據(jù)自身需要進(jìn)行功能選擇[7]。

1.2 VR技術(shù)發(fā)展史 VR最早始于20世紀(jì)60年代。1957年，Morton Heilig首次提出可以多感官體驗(yàn)的全影電影，標(biāo)志著沉浸式體驗(yàn)技術(shù)的開始[7]。1961年，菲爾特公司推出了一款頭戴式顯示器，用于軍事訓(xùn)練中的監(jiān)視與跟蹤項(xiàng)目[7]。1965年Ivan Sutherland開發(fā)了第一臺(tái)與電腦相連的頭盔式顯示器，率先實(shí)現(xiàn)用戶可以與仿真環(huán)境進(jìn)行交互[7]。1989年VR概念由Jaron Lanier首次提出，并創(chuàng)造了“虛擬現(xiàn)實(shí)”一詞。隨后逐漸被國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用于軍事、娛樂、醫(yī)學(xué)、航空和教育等多個(gè)領(lǐng)域，并取得了良好的成效[8]。

2 VR技術(shù)緩解急性疼痛的作用機(jī)制

VR技術(shù)在病人疼痛管理中的有效性雖然已經(jīng)得到大部分學(xué)者的認(rèn)同，但其作用機(jī)制尚不明確[9]。以往較多學(xué)者認(rèn)為VR技術(shù)在緩解疼痛方面發(fā)揮的作用主要?dú)w結(jié)于沉浸式體驗(yàn)較傳統(tǒng)的注意力分散方法，具有更強(qiáng)的注意力分散作用[10]。目前，國內(nèi)外學(xué)者共提出了2種作用機(jī)制，包括認(rèn)知加工機(jī)制和情緒加工機(jī)制，認(rèn)知和情緒是調(diào)節(jié)疼痛知覺的重要因素[11-12]。認(rèn)知加工機(jī)制的理論基礎(chǔ)是認(rèn)知資源有限理論，即當(dāng)疼痛與其他刺激或任務(wù)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，多種刺激相互競(jìng)爭(zhēng)，疼痛所占據(jù)的注意力資源就會(huì)被削弱，痛感也會(huì)因此減弱[11]。伴隨著急性疼痛的病人，一般存在緊張和焦慮情緒，而消極的情緒又會(huì)加重痛感[12]。VR技術(shù)沉浸式和交互式體驗(yàn)特點(diǎn)可以讓病人通過感受仿真的輕松美好環(huán)境去改善不良情緒，從而達(dá)到緩解疼痛的目的[13]。

腦神經(jīng)層面也支持了兩種調(diào)節(jié)機(jī)制，研究顯示專注于疼痛感的病人較注意力被削弱的病人其腦成像顯示疼痛相關(guān)腦區(qū)(前扣帶回、初級(jí)軀體感覺皮層及腦島)活動(dòng)更強(qiáng)[14]。神經(jīng)影像學(xué)結(jié)果顯示，情緒的改變會(huì)影響疼痛相關(guān)腦區(qū)皮層活動(dòng)[15]。有研究顯示，當(dāng)病人在體驗(yàn)消極模擬環(huán)境時(shí)，病人的疼痛腦區(qū)皮層活動(dòng)更明顯，痛感也隨之加強(qiáng)。這一原理也解釋了市場(chǎng)上的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境大多都是溫暖美好的。也有研究者提出一個(gè)有趣的機(jī)制，認(rèn)為VR技術(shù)能有效緩解疼痛，是因?yàn)榕宕鞯腣R設(shè)備一定程度上阻止了疼痛的刺激[16]。

3 VR技術(shù)對(duì)急性疼痛治療的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 急性疼痛評(píng)估工具 準(zhǔn)確評(píng)估是控制疼痛的第一步。疼痛的評(píng)估常常受到評(píng)估時(shí)機(jī)、外界環(huán)境、主觀性偏差、個(gè)體差異等因素影響，且急性疼痛因反應(yīng)劇烈、持續(xù)時(shí)間短等特點(diǎn)加大了評(píng)估難度。因此，掌握急性疼痛各類評(píng)估工具特點(diǎn)和適用范圍對(duì)于臨床病人的疼痛管理尤其重要。查閱近10年國內(nèi)外文獻(xiàn)顯示，VR技術(shù)對(duì)急性疼痛治療的效果研究中常用的急性疼痛評(píng)估工具主要分為3類，包括生理指標(biāo)評(píng)估，如心率、血壓、血氧飽和度；阿片類藥物使用總量以及疼痛評(píng)估量表，其中包括面部表情量表，如Wong-Baker量表、面部表情疼痛量表(Faces Pain Scale，F(xiàn)PS)、面部情感尺度(Facial Affective Scale，F(xiàn)AS)，視覺模擬量表(Visual Analog Scale，VAS)、色彩模擬量表(Color Analog Scale，CAS)、數(shù)字評(píng)定量表(Number Rating Scale,NRS)、兒童疼痛評(píng)估量表(Children′s Eastern Ontario Hospital Pain Scale,CHEO)、行為評(píng)估量表(Face,Legs,Activity,Cry,Consolability Behavioral Scale,FLACC)[1]。

面部表情評(píng)估量表是由評(píng)估對(duì)象選擇能代表疼痛強(qiáng)度的面部表情進(jìn)行疼痛評(píng)分，此類量表由于形象生動(dòng)、簡(jiǎn)單易懂及評(píng)估時(shí)間短等特點(diǎn)，最初用于兒童病人的疼痛評(píng)估[17]。后由Backer等修改后用于老年病人的評(píng)估[18]。NRS量表是在VAS量表基礎(chǔ)上發(fā)展而來，兩者均廣泛應(yīng)用于成人病人[1]。VAS量表需要病人具有較好的抽象思維，需要病人用筆做標(biāo)記，不適合感知覺能力及運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力差的病人，需要隨身攜帶筆和尺子，而NRS只需要病人說出或?qū)懴聰?shù)字即可，較VAS更加方便，但不足之處是該量表難以捕獲具有復(fù)雜性和特異性疼痛感受。CAS量表即在VAS基礎(chǔ)上加入了色彩成分，使得量表展示形式更加鮮明。CHEO量表是國外一種兒童疼痛評(píng)估專用量表，CAS和CHEO兩種量表目前尚未在國內(nèi)相關(guān)研究中查到。FLACC量表是一種簡(jiǎn)單有效的評(píng)估工具，適合于不能進(jìn)行主觀評(píng)估或行為受限的危重癥病人，量表內(nèi)容包括面部表情、腿部、活動(dòng)、哭及安慰維度。建議將此量表納入全麻病人術(shù)后疼痛強(qiáng)度的常用量表[19]。

3.2 VR技術(shù)在手術(shù)病人中的應(yīng)用 手術(shù)病人由于醫(yī)源性操作在術(shù)中或術(shù)后會(huì)經(jīng)歷一段時(shí)間的急性疼痛。部分門診小手術(shù)病人因各種原因常常會(huì)選擇局部麻醉，甚至不使用鎮(zhèn)痛藥物[20]。術(shù)后的傷口痛以及手術(shù)過程中的操作痛是病人術(shù)前恐懼焦慮，術(shù)后一段時(shí)間生活質(zhì)量下降的重要因素。因此，找到有效的非藥物鎮(zhèn)痛方式非常必要。多項(xiàng)研究證明VR技術(shù)可作為有效緩解手術(shù)相關(guān)疼痛與焦慮的輔助工具[14]，尤其在局部麻醉手術(shù)和骨科手術(shù)術(shù)后的鎮(zhèn)痛效果突出[14]。Jahanishoorab等[21]將VR技術(shù)應(yīng)用在會(huì)陰切開術(shù)的初產(chǎn)婦中，結(jié)果顯示術(shù)中和術(shù)后干預(yù)組疼痛程度低于對(duì)照組，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。Chan等[22]的一項(xiàng)類實(shí)驗(yàn)研究中將選擇局部麻醉方式的骨科手術(shù)病人采取非隨機(jī)的方式分為VR組和常規(guī)組，VR組在手術(shù)開始前5 min戴上VR設(shè)備，病人在術(shù)中通過設(shè)備可以聽到舒緩的古典音樂，看到唯美的“冰雪世界”畫面。結(jié)果顯示，手術(shù)結(jié)束后干預(yù)組使用鎮(zhèn)靜藥物總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于常規(guī)組。另一項(xiàng)研究將VR作為成年男性病人全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)前置入導(dǎo)管時(shí)的鎮(zhèn)痛方式，也取得了良好的效果[23]。

此外，VR在減輕術(shù)后疼痛方面也取得了不錯(cuò)的療效[24]。有研究發(fā)現(xiàn)，VR在心臟手術(shù)術(shù)后傷口疼痛管理方面療效突出，術(shù)后待病人病情穩(wěn)定后予頭戴式VR顯示器，里面包括夢(mèng)想城堡、魔法森林、冰雪世界以及開車、步行、騎自行車等虛擬現(xiàn)實(shí)畫面，結(jié)果顯示VR有效緩解了術(shù)后疼痛和焦慮，且生命體征也較未佩戴VR設(shè)備的病人穩(wěn)定[24]。VR不僅在成人手術(shù)病人疼痛管理中發(fā)揮了重要作用，在兒童病人中也取得了不錯(cuò)的成效[25]。國外一項(xiàng)個(gè)案研究報(bào)道，為一名16歲腦癱兒童進(jìn)行物理治療時(shí)，佩戴VR設(shè)備時(shí)兒童的情緒和依從性更好[25]。以上說明VR可作為手術(shù)病人疼痛管理的有效輔助工具。但尋找方便手術(shù)病人佩戴的VR設(shè)備及合適的虛擬場(chǎng)景仍有待研究。

3.3 VR技術(shù)在牙科病人中的應(yīng)用 盡管近年來牙科技術(shù)得到了較快發(fā)展，但仍然有部分病人由于畏懼治療中的疼痛而延遲就醫(yī)，甚至是拒絕治療。治療拖延會(huì)增加牙齒問題，導(dǎo)致所需侵入性操作更多，畏懼就醫(yī)感更強(qiáng)[26]。牙科治療常用的止痛方法是采用局部給予鎮(zhèn)痛藥，但據(jù)相關(guān)研究顯示鎮(zhèn)痛藥對(duì)于牙痛的效果并不明顯[27]。VR可以從視覺和聽覺上隔離病人對(duì)于疼痛感的注意力，在兒童和成人牙科治療方面均起到了良好效果[28]。Tanja-Dijkstra等[29]邀請(qǐng)69例研究對(duì)象參與一個(gè)模擬的牙科體驗(yàn)，隨機(jī)分為主動(dòng)組、被動(dòng)組以及對(duì)照組，主動(dòng)組佩戴VR眼鏡，被動(dòng)組觀看大屏幕電影，對(duì)照組予常規(guī)的牙科操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后1周對(duì)69例病人進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果顯示主動(dòng)組表示是一次愉快的體驗(yàn)，對(duì)于牙科手術(shù)并不排斥。被動(dòng)組表示有輕微的畏懼牙科治療中的疼痛，對(duì)照組表示拒絕牙科操作。一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究中，試驗(yàn)組采用VR輔助4～6歲兒童進(jìn)行牙科操作，對(duì)照組采用常規(guī)的心理指導(dǎo)和情感支持，結(jié)果顯示試驗(yàn)組的兒童術(shù)中疼痛程度和術(shù)后恐懼感遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)照組[28]。

VR作為一種分散注意力工具，可以緩解牙科手術(shù)中的疼痛和焦慮。但也有研究指出，部分兒童在佩戴VR眼鏡和頭罩時(shí)感到恐懼、孤獨(dú)，原因可能是視覺和聽覺與外界隔離導(dǎo)致兒童缺乏安全感[30]。未來的研究可以從以下兩點(diǎn)進(jìn)行探討：①不同種類VR對(duì)兒童情感支持的影響；②VR是否可以降低因畏懼疼痛而選擇延遲治療的病人比例。

3.4 VR技術(shù)在燒傷病人中的應(yīng)用 為預(yù)防感染及促進(jìn)傷口愈合，嚴(yán)重?zé)齻∪诵枞粘＿M(jìn)行傷口的護(hù)理，包括去除繃帶、傷口清潔/清創(chuàng)(即死亡組織和異物清除)、消毒傷口及綁繃帶[10]。日常傷口護(hù)理之余，為防止皮膚攣縮及關(guān)節(jié)活動(dòng)減退，需定期進(jìn)行物理康復(fù)治療[10]。阿片類鎮(zhèn)痛藥是燒傷病人疼痛的主要治療方法，但藥物止痛存在較多副作用，如便秘、惡心、嘔吐、嗜睡、頭暈和瘙癢等，由于病人個(gè)體化差異，很難保證止痛藥的鎮(zhèn)痛效果[1]。兒童病人常常由于不能忍受疼痛拒絕治療，導(dǎo)致發(fā)生感染、傷口難愈合等問題。Hoffman等[31]于1998年首次將VR應(yīng)用在3例兒童燒傷病人疼痛管理中，研究結(jié)果顯示VR不僅可以減少燒傷引起的纖維肌肉痛，還能緩解傷口換藥的劇烈痛。隨后多項(xiàng)研究也證實(shí)了該觀點(diǎn)[14]。另有研究顯示，VR不僅能緩解燒傷病人的疼痛，還能減輕焦慮和改善積極情緒[32]。在物理治療過程中，使用VR不僅能緩解疼痛，還能幫助病人進(jìn)行肢體運(yùn)動(dòng)康復(fù)[32]。

盡管VR在燒傷病人的疼痛和康復(fù)管理中益處多多，但也存在著局限和不足。例如現(xiàn)有的VR設(shè)備均不適合頭部燒傷病人，需設(shè)計(jì)一種頭部燒傷病人專用設(shè)備。大多數(shù)關(guān)于燒傷病人的研究中采用的都是傳統(tǒng)的VR系統(tǒng)，尚未開發(fā)專門用于燒傷病人的VR場(chǎng)景。燒傷病人應(yīng)采用“冰雪世界”等模擬冰冷環(huán)境，這樣可以與燒傷事故場(chǎng)景記憶形成對(duì)比，從而緩解燒傷疼痛。另外，還可以設(shè)計(jì)適合兒童體驗(yàn)的3D游戲，例如“迪士尼小雞”“速度需求”等，根據(jù)不同的年齡和智力設(shè)計(jì)不同的場(chǎng)景[14]。以上將是未來研究的方向。

3.5 VR技術(shù)在注射鎮(zhèn)痛中的應(yīng)用 皮下注射、肌肉注射、靜脈穿刺以及抽血等注射痛是診療過程中常見的急性操作性疼痛。因疾病原因需長期注射治療的病人不僅承受著生理上創(chuàng)傷，心理上也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)激性恐懼，甚至治療結(jié)束后較長一段時(shí)間仍然存在疼痛記憶。由于注射痛具有急性、作用時(shí)間短等特點(diǎn)，并未引起醫(yī)護(hù)人員的重視。近年來，隨著VR技術(shù)的發(fā)展與推廣，國外陸續(xù)有學(xué)者嘗試將其應(yīng)用在注射病人中。Gold等[33]將VR應(yīng)用在兒童中心靜脈導(dǎo)管置入術(shù)中，20名兒童被隨機(jī)分到兩組，試驗(yàn)組為VR+局部麻醉，對(duì)照組僅局部麻醉，在穿刺前和穿刺后對(duì)兩組進(jìn)行疼痛評(píng)估，結(jié)果顯示，試驗(yàn)組穿刺后的疼痛評(píng)分較穿刺前無明顯變化，但對(duì)照組穿刺后疼痛評(píng)分較穿刺前增加了4倍。在一項(xiàng)早期的研究中，發(fā)現(xiàn)VR干預(yù)并沒有顯著減少兒童病人在常規(guī)抽血期間的疼痛和焦慮[34]，但是在近期的一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)VR技術(shù)在兒童和成人抽血病人均起到了顯著的鎮(zhèn)痛效果[35]。分析原因可能是早期研究中選用的VR場(chǎng)景比較單一，不足以吸引病人的注意力，而近期研究中VR場(chǎng)景更豐富，交互性更強(qiáng)，病人沉浸式體驗(yàn)更好。另外，也有研究分析了VR鎮(zhèn)痛效果與年齡、性別和注射次數(shù)的相關(guān)性，結(jié)果顯示無顯著性差異[14]。說明VR技術(shù)在注射痛中的應(yīng)用具有一定的普適性，但是需要選擇適合有效的虛擬場(chǎng)景，目前并未查到關(guān)于注射痛中虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)相關(guān)文獻(xiàn)，這將是下一步研究方向。

4 不足與建議

VR技術(shù)在病人疼痛管理方面的作用雖然已被多項(xiàng)研究證實(shí)，但作為一項(xiàng)新興技術(shù)仍存在很多不足。首先，VR技術(shù)在急性疼痛方面的作用機(jī)制尚存很多爭(zhēng)議[9]，現(xiàn)有的神經(jīng)影像學(xué)研究較少，未來還需要大樣本量研究來證實(shí)腦神經(jīng)機(jī)制?，F(xiàn)有的評(píng)估工具主要以疼痛評(píng)估量表為主，主觀性太強(qiáng)，評(píng)估結(jié)果容易受到評(píng)估時(shí)間、評(píng)估方式和環(huán)境因素影響，缺乏客觀指標(biāo)的評(píng)估。未來研究可以嘗試使用情緒識(shí)別系統(tǒng)、生物反饋系統(tǒng)等識(shí)別病人的生理和情緒變化，客觀地反映病人的疼痛程度。由于VR干預(yù)的特殊性，試驗(yàn)研究幾乎難以實(shí)現(xiàn)雙盲，未來需要單盲、完全隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)研究，并對(duì)病人進(jìn)行重復(fù)干預(yù)，以評(píng)估VR的長期效果。另外，還需要進(jìn)一步研究來確定VR干預(yù)效果的預(yù)測(cè)因素，幫助選擇可能獲益最大的病人人群VR硬件供給及資源選擇也存在較多問題。

目前最普遍的VR顯示器是頭戴式顯示器，盡管頭戴式顯示器大小可調(diào)節(jié)，但不適合所有病人人群，例如頭部受損病人。另外，頭戴式顯示器在醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用中也會(huì)增加醫(yī)源性感染發(fā)生概率。如增加VR設(shè)備數(shù)量，又會(huì)增加醫(yī)療成本。因此，VR設(shè)備的創(chuàng)新與成本控制是未來研究首先需要解決的問題。隨著VR技術(shù)的發(fā)展，VR資源越來越豐富，但虛擬場(chǎng)景未根據(jù)不同病人需求進(jìn)行專門研發(fā)。不同場(chǎng)景對(duì)病人的有效性可能存在偏差，建議未來資源開發(fā)研究將病人需求及年齡、性別、文化和喜好風(fēng)格納入考慮因素。