Клиническая эффективность иммерсивной виртуальной реальности в медицинской реабилитации: результаты, ограничения и перспективы

Введение

Иммерсивная виртуальная реальность — это развивающаяся технология, вызывающая все больший интерес в исследовательском сообществе благодаря широкому спектру ее применения, особенно в когнитивно-моторной области. Этот инновационный подход включает в себя взаимодействие человека и компьютера в дополненной или иммерсивной виртуальной реальности, позволяя пользователям реалистично реагировать на виртуальные стимулы [1]. Недавние достижения и разработка передовых технологий значительно способствовали прогрессу в физической реабилитации. Эти инновации предлагают новые подходы к восстановлению двигательных функций и представляют собой ценные инструменты оценки, способные с высокой точностью и объективностью определять результаты [1, 2]. Ключевой особенностью виртуальной реальности (VR) является создание иммерсивной среды, которая имитирует как повседневные, так и необычные действия посредством мультисенсорной стимуляции в безопасной и контролируемой обстановке. Это качество иммерсии повышает вовлеченность пациента и часто воспринимается как мотивирующее и развлекательное. Кроме того, среда VR может быть адаптирована к остаточным возможностям отдельных пользователей [3].

Проприоцепция обеспечивает центральную нервную систему информацией в реальном времени о биомеханических параметрах, таких как скорость, сила, направление и ускорение, а также о физиологических изменениях в мышцах, сухожилиях и суставах. Однако зрительные иллюзии могут изменять проприоцептивное восприятие. В реабилитации такие иллюзии часто используются для улучшения терапевтических результатов. Например, Бурден и др. использовали IVR для манипулирования визуальной обратной связью относительно положения руки, тем самым улучшая двигательные функции [3]. Ощущение воплощения в IVR возникает, когда люди наблюдают виртуальное тело, которое очень похоже на их собственное, при этом реализм и перспектива от первого лица являются критическими факторами для возникновения чувства принадлежности к виртуальному телу [4].

За последние несколько десятилетий были разработаны различные инструменты для улучшения реабилитации верхних конечностей [5]. Среди них VR оказалась ценной благодаря своей способности обеспечивать обратную связь в реальном времени с помощью датчиков, тем самым улучшая как двигательные навыки, так и обучение. Она также положительно влияет на мотивацию пациентов [1]. Кроме того, вмешательства с использованием VR адаптируются к различным возрастным группам и индивидуальным потребностям. Многочисленные исследования показали, что реабилитационные сеансы на основе IVR воспринимаются как менее болезненные, более приятные и более увлекательные по сравнению с традиционными методами лечения. Это повышенное вовлечение помогает уменьшить воспринимаемый дискомфорт и скуку во время терапии [6, 7].

Виртуальная реальность используется в реабилитации широкого спектра двигательных нарушений, особенно тех, которые являются следствием неврологических заболеваний, таких как болезнь Паркинсона (БП), рассеянный склероз (РС), церебральный паралич и инсульт. Исследования с использованием этой технологии показали значительные функциональные улучшения как в предотвращении ухудшения состояния, так и в содействии восстановлению. По мере увеличения глобальной продолжительности жизни бремя неврологических расстройств для общественного здравоохранения продолжает расти. В 2016 году двигательные нарушения представляли собой одну из ведущих причин увеличения количества лет жизни, скорректированных по инвалидности, при этом особенно заметна дисфункция верхних конечностей [9]. Хотя виртуальная реальность все чаще изучается как метод тренировки в неврологической реабилитации, большая часть исследований сосредоточена на восстановлении после инсульта, при этом относительно мало данных доступно для БП, ампутаций и состояний, связанных с болью. Более того, большинство исследований сосредоточено на взрослом населении [10].

Острый/подострый инсульт

Инсульт — это неврологическое заболевание, характеризующееся гибелью нейронов в определенных областях мозга из-за нарушения кровотока и, как следствие, кислородного голодания. Симптомы проявляются быстро и могут включать паралич, сенсорные нарушения, спастичность, асимметрию лица, трудности с речью и пониманием, головные боли, нарушения равновесия и зрения, нарушение координации и потерю сознания [8]. Приблизительно у 80% людей, перенесших инсульт, наблюдаются нарушения функций верхних конечностей, однако только треть восстанавливает удовлетворительную функцию рук в хронической фазе восстановления, лишь 26% возобновляют свою повседневную деятельность самостоятельно, и только 26% из них смогут снова выполнять повседневные действия [10]. Инсульт остается наиболее распространенной причиной длительной инвалидности у взрослых и второй ведущей причиной деменции в мире. Это в свою очередь накладывает существенное экономическое бремя на системы здравоохранения и общество в целом, способствуя невыполнению целей нейрореабилитации [11]. Внедрение новых технологий крайне необходимо для облегчения восстановления навыков, снижения затрат на реабилитацию, повышения доступности и уменьшения количества терапевтов, необходимых на сеанс. В этом контексте виртуальная реальность представляет собой перспективное решение для телереабилитации [8].

Разработка протоколов тренировки верхних конечностей с использованием новых технологий, таких как ИВР, имеет важное значение для поддержки функционального восстановления. Эти протоколы должны основываться на принципах двигательного обучения и обладают потенциалом для улучшения двигательных навыков за счет содействия нейропластичности [1]. Исследования показали, что дополнение традиционной терапии одним дополнительным часом тренировки с использованием IVR приводит к большему улучшению двигательных функций пораженной конечности и вызывает кортикальные изменения по сравнению со стандартной физиотерапией [12]. Другое исследование подтвердило, что тренировка с зеркальным отражением конечностей с использованием IVR способствует нейропластичности, что приводит к улучшению двигательных функций пораженной конечности. Парк У. и соавторы (Корея) проанализировали улучшения идеомоторной апраксии у пациента после инсульта. После 12 недель тренировки с использованием ИВР у пациента наблюдалось улучшение почти всех симптомов. Эти результаты позволяют предположить, что ИВР может быть эффективным инструментом для реабилитации идеомоторной апраксии [13]. К основным выявленным ограничениям относятся малый размер выборки, короткие периоды вмешательства и ограниченный объем доступной для ознакомления литературы.

Было показано, что ИВР эффективно улучшает симптомы идеомоторной апраксии [13], вызывает положительные изменения в уровнях воспаления, окислительного стресса и сывороточных биомаркеров BDNF, а также повышает показатели функциональной оценки у лиц с хроническим инсультом [14]. ИВР представляется особенно полезным для лиц с легкими и умеренными нарушениями верхних конечностей.

Однако рассмотренные исследования имеют ряд ограничений, включая малый размер выборки, что может повлиять на обобщаемость результатов. Кроме того, вариативность контроля стандартных протоколов терапии в разных группах пациентов вносит потенциальную предвзятость в результаты.

Для усиления доказательной базы и подтверждения этих результатов необходимы крупномасштабные, тщательно спланированные исследования.

Хронический инсульт

У людей с хроническим инсультом (хроническая ишемия головного мозга) в большинстве случаев сохраняются двигательные нарушения верхних конечностей, что значительно ограничивает способность выполнять повседневные действия. Эффективность ИВР в улучшении двигательных навыков у этой группы пациентов показала неоднозначные результаты [11]. Вебер Л.М. (США) утверждает, что улучшения двигательной активности, наблюдаемые в его исследовании, не достигли статистической значимости, вероятно, из-за небольшого размера выборки, тяжести нарушений в исследуемой популяции и, возможно, недостаточной интенсивности лечения [15]. Более крупное исследование может дать статистически значимые результаты. В отличие от этого, исследование Эрхардссона, несмотря на меньший размер выборки, показало, что все участники продемонстрировали улучшение способности к активности верхних конечностей, независимо от тяжести их нарушений. Те, кто получал наибольшую дозу тренировки, показали прогресс по нескольким показателям результатов. Кроме того, по данным Маллика А. и соавторов (Канада), у этих пациентов наблюдалось меньше улучшений по сравнению со здоровыми контрольными группами [16].

Интерактивная голосовая коммуникация используется для помощи в достижении объектов, избегая препятствий, как в ситуациях выполнения одной задачи, так и в ситуациях выполнения двух задач одновременно. Исследование, сравнивающее 13 человек с легким инсультом с 11 здоровыми контрольными испытуемыми, показало, что группа пациентов с инсультом показала более низкие результаты как в выполнении задачи, так и в скорости. Исследование также выявило связь между уверенностью в способностях руки и успехом в выполнении задачи. ИВР может повысить уверенность благодаря градуированным уровням сложности и системе вознаграждений. Более того, включение реальных жизненных сценариев может еще больше повысить уверенность пациента в использовании пораженной конечности в повседневной жизни [1].

Вебер и соавторы применили стратегии зеркального отражения в ИВР к 10 пациентам с хроническим инсультом и гемипарезом верхних конечностей [15]. Вмешательство состояло из 12 сеансов, каждый длился 30 минут. В отличие от исследования Мекбиба (Китай), улучшения двигательной функции, измеренные по шкалам Фугл-Мейера для верхних конечностей (Fugl-Meyer Assessment) и теста исследования действий руки (Action Research Arm Test: ARAT), не были статистически значимым [12]. Ключевыми ограничивающими факторами были небольшой размер выборки и тяжесть нарушений. Другим важным фактором была недостаточная интенсивность тренировок, которая должна была быть выше из-за низкой нейропластичности, наблюдаемой у пациентов с инсультом в хронической фазе. По сравнению с традиционной физиотерапией не наблюдалось существенной разницы в улучшении состояния конечностей, хотя пациенты с менее выраженными нарушениями показали лучшие результаты [16, 17]. Хуанг и соавторы (Китай) продемонстрировали более существенные изменения сывороточных воспалительных, окислительных стрессовых и нейротрофических биомаркеров в группе ИВР по сравнению с группой трудотерапии. В соответствии с предыдущими исследованиями, группа ИВР также продемонстрировала более значительные улучшения в оценке функционального состояния верхних конечностей и активном диапазоне движений. Необходимы более длительные исследования для дальнейшего анализа влияния ИВР на сывороточные биомаркеры в хронической фазе, а также большие выборки для лучшего выявления подходящих кандидатов для этого типа тренировки [17]. По мнению Шустер-Амфт и соавторов (Швейцария), тренировка ИВР предлагает множество преимуществ и положительных эффектов для восстановления двигательных функций верхних конечностей по сравнению с традиционной тренировкой [18]. В этом исследовании оценивались пациенты с хроническим инсультом (не менее шести месяцев после инсульта) с легкими и тяжелыми нарушениями движений верхних конечностей. Хотя существенных различий между группами не было выявлено, наиболее заметные улучшения наблюдались в течение первых двух недель, после чего прогресс стабилизировался до окончательной оценки. Одним из преимуществ ИВР является возможность индивидуальной настройки характеристик и упражнений. Однако исследование Эрхардссона и др. было сосредоточено на коммерчески доступных, готовых к использованию системах для восстановления двигательных функций верхних конечностей у пациентов с хроническим инсультом. Хотя эти системы недороги и привлекательны, им не хватает гибкости для адаптации к индивидуальным потребностям. Участники этого исследования могли выбрать две игры из пяти доступных вариантов и выбрать продолжительность каждой сессии. Исследование показало, что оптимальное время тренировки для значительного улучшения состояния верхних конечностей составляет 900 минут (не менее 30 минут, три раза в неделю, в течение 10 недель). Хотя технология ИВР выглядит многообещающей, остаются некоторые ограничения, включая небольшой размер выборки [15, 17], отсутствие предыдущих исследований и пригодность только для пациентов с легким инсультом [18]. Более того, необходимо обеспечить наличие эксперта по обучению ИВР. Поэтому ИВР играет значительную роль в функциональном восстановлении после инсульта [19]. Он продемонстрировал положительные эффекты как на острой, так и на хронической стадиях инсульта, способствуя улучшению двигательной функции, силы, ловкости и диапазона движений [1, 11, 12], способствуя нейропластичности и реализации способности планировать движение [14, 20].

В обзоре Холахана К. (Великобритания) также подчеркивалось, что протоколы виртуальной реальности могут предложить новые возможности для реабилитации после инсульта, но также подчеркивалась необходимость более масштабных исследований. IVR демонстрирует аналогичные эффекты в разных группах, но с меньшими компромиссами и лучшими результатами по сравнению с традиционными методами. Тест ARAT показывает, что участники, прошедшие больше тренировок, достигают лучших результатов. Некоторые улучшения, такие как улучшение сенсорной функции или активности мышц верхних конечностей, не были статистически значимыми. В группах ИВР наблюдалось увеличение функции конечностей, в то время как в группе стандартной терапии наблюдалось улучшение внутренней сенсорной функции [21].

Однако рассмотренные исследования имеют ряд методологических ограничений, включая малый размер выборки и недостаточную продолжительность исследования для полной оценки долгосрочных эффектов (таблица 1). Кроме того, отсутствие предыдущих исследований, включающих измерения электроэнцефалограммы (ЭЭГ), представляет собой еще одно препятствие для полного понимания собранных данных, а постоянное присутствие специалиста по реабилитации, специализирующегося на играх в виртуальной реальности, на всех сеансах могло повлиять на результаты, вводя переменную контроля, которая не воспроизводится в реальных условиях [1].

Таблица 1. Результаты применения ИВР при реабилитации пациентов с инсультом

Технология ИВР обладает значительным потенциалом для реабилитации пациентов с хроническим инсультом, предлагая инновационные терапевтические подходы за счет более глубокой интеграции в схемы лечения, большей персонализации вмешательств и более широкого применения. По мере снижения стоимости технология станет более доступной, что позволит использовать ее даже в домашних условиях. Однако для подтверждения ее преимуществ и разработки стандартизированных протоколов необходимы крупномасштабные исследования.

Болезнь Паркинсона

Болезнь Паркинсона (БП) — это медленно прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, в первую очередь поражающее дофаминергические нейроны в чёрной субстанции [22]. БП связана с широким спектром двигательных и недвигательных симптомов. К немоторным симптомам относятся хроническая боль, усталость, нарушения сна, а также когнитивные и эмоциональные изменения [23]. К двигательным проявлениям обычно относятся тремор покоя, брадикинезия, ригидность и нарушения равновесия и походки. Это влияет как на крупную, так и на мелкую моторику, приводя к снижению ловкости и трудностям в выполнении основных повседневных действий [22]. Поскольку в настоящее время нет лекарства от БП, лечение сосредоточено на купировании симптомов и замедлении прогрессирования заболевания. Физическая активность играет решающую роль, особенно на ранних стадиях [8]. Интервенции на основе виртуальной реальности показали эффективность в улучшении походки, равновесия и общей подвижности. Новые исследования подтверждают целесообразность, безопасность и эффективность ИВР для людей с БП [1].

В настоящее время подход к лечению болезни Паркинсона является междисциплинарным, сочетая фармакологические и хирургические вмешательства с физиотерапией и адаптированной физической активностью [24]. Интеграция ИВР в традиционную терапию приобрела актуальность в когнитивной и двигательной реабилитации пациентов с неврологическими расстройствами, такими как болезнь Паркинсона. Этот технологический прогресс привел к разработке виртуального теста «Коробка и блоки» (VR-BBT), надежного инструмента для измерения ловкости рук. Онья и соавторы продемонстрировали, что VR-BBT может использоваться в качестве клинической оценки для измерения ловкости рук верхних конечностей у пациентов на ранних стадиях болезни Паркинсона [23]. Другие исследования сообщали о более значительных улучшениях движений верхних конечностей, при этом пациенты также испытывали удовольствие и удовлетворение [22] даже по сравнению с неиммерсивной виртуальной реальностью. Однако ИВР также связана с большим количеством ошибок при выполнении и большим давлением на достижение хороших результатов по сравнению с традиционными методами [24]. Санчес Эррера-Баэса и др. (Испания) показали более значительные улучшения в хвате кисти, тонкой координации и общей ловкости при быстрых движениях пораженной конечности без каких-либо побочных эффектов. Опросник CSQ-8 по удовлетворенности клиентов показал высокие баллы, отражающие 100% соблюдение терапии [22]. Одним из ограничений этих исследований является небольшой размер выборки, а также необходимость привлечения эксперта по ИВР и обучению пациентов с болезнью Паркинсона, поскольку эта технология не подходит для каждого пациента с болезнью Паркинсона [1, 23].

В заключение, ИВР является безопасным, эффективным и осуществимым методом реабилитации при болезни Паркинсона. Он служит как терапевтическим инструментом, так и клиническим тестом для измерения ловкости верхних конечностей [22]. Сеансы ИВР помогают улучшить хват кисти, мелкую координацию и крупную моторику [24]. Другой обзор подтверждает эти выводы, признавая потенциал ИВР в этой области и подчеркивая его осуществимость, удобство использования и безопасность, а также многообещающие преимущества в борьбе с распространенными симптомами, испытываемыми пациентами с болезнью Паркинсона [25].

Интерактивная виртуальная реальность оказалась более приятной и эффективной в управлении временем и тремором в международном тесте на оценку БП (UPDRS) по сравнению с группой, не использовавшей ИВР, которая допустила меньше ошибок. Обе группы показали улучшения в тесте BBT. Значительный прогресс был отмечен в силе, мелкой моторике, общей координации и увеличении скорости движений на пораженной стороне [1]. Участники сообщили о высокой степени удовлетворенности, несмотря на то, что опыт представлял собой умственную задачу.

В исследованиях были выявлены некоторые методологические ограничения, включая небольшой размер выборки, что ограничивает возможность обобщения результатов на более широкую популяцию пациентов с болезнью Паркинсона. Кроме того, усталость требовала более коротких перерывов, что могло повлиять на эффективность терапии. Исследование было сосредоточено только на пациентах с легкой и умеренной формой болезни Паркинсона, исключая пациентов с более запущенными формами заболевания. Наконец, на протяжении всего исследования требовался постоянный профессиональный мониторинг.

Ампутация

Видеоигры оказывают ценную поддержку традиционной физиотерапии. Их увлекательный и приятный характер повышает мотивацию к физической активности, заменяя повторяющиеся и монотонные упражнения. Было показано, что использование видеоигр оказывает положительное воздействие на двигательную, когнитивную и эмоциональную сферы [26]. Применение ИВР у людей с ампутацией продемонстрировало преимущества в мышечной силе, контроле протеза конечности и самооценке компетентности, при этом уровень вовлеченности был высоким. Во время занятий ИВР участники сообщали о низком психологическом давлении и напряжении [26, 27]. Исследование также показало, что визуальная обратная связь может модулировать восприятие боли. Среди различных вспомогательных средств миоэлектрические протезы примечательны тем, что улучшают ощущение контроля, в то время как другие устройства, такие как зеркальная терапия (MBT), основаны на отраженном изображении неповрежденной руки. Однако MBT имеет определенные ограничения, которые могут снизить ее эффективность, и ИВР может помочь их смягчить. Анкетирование, оценивающее эффективность, показало, что участники испытывали большее ощущение контроля по сравнению со стандартными методами [27]. Несмотря на многообещающие результаты, необходимо учитывать такие ограничения, как небольшой размер выборки и недостаточное количество исследований по этой теме.

У лиц с ампутацией, которые использовали ИВР наряду с традиционной терапией, были достигнуты результаты, аналогичные тем, которые наблюдались при реабилитации при болезни Паркинсона [1]. Кроме того, было установлено, что ИВР эффективен в облегчении фантомных болей в конечностях [27]. Хотя результаты обнадеживают, большинство исследований остаются на уровне серий случаев, что требует осторожности при применении клинических рекомендаций [28].

У всех участников наблюдалось улучшение мышечной силы и координации. Они также сообщили о высокой степени удовлетворенности, включая повышение воспринимаемой компетентности, свободы выбора и полезности, при этом испытывая низкий уровень давления и напряжения. Кроме того, у них улучшился контроль над ампутированной конечностью, что указывает на потенциальную пользу для нейромоторной реабилитации.

Исследование имело ряд методологических ограничений, включая небольшой размер выборки и отсутствие количественного тестирования, что подрывает надежность результатов. Кроме того, исследования по теме ампутации и интерактивной виртуальной реальности остаются ограниченными, доступно всего две статьи, что ограничивает глубину анализа.

Фибромиалгия

Двое из трех человек с синдромом фибромиалгии (ФС) страдают от состояния, известного как кинезиофобия, характеризующегося боязнью физических упражнений и движения. Это состояние может приводить к избегающему поведению, особенно у пациентов с дезадаптивными наклонностями, а также может вызывать эффект ноцебо [29]. Эффект ноцебо возникает, когда негативные ожидания от лечения приводят к худшим результатам. Бездействие из-за кинезиофобии приводит к потере мышечной силы, выносливости, подвижности и функциональности, что, в свою очередь, усугубляет проблемы с психическим здоровьем и болевые симптомы [30, 31]. Было показано, что ИВР обеспечивает значительное облегчение боли, особенно при хронических и острых болевых состояниях. Исследования показывают, что облегчение боли более существенно при использовании иммерсивной виртуальной реальности, которая предлагает большую интерактивность, разрешение и точность отслеживания [32]. По данным Хулахана и соавторов (2019), ИВР полезна для управления как болью, так и кинезиофобией, предлагая большую мотивацию по сравнению с традиционной физиотерапией [21]. Рандомизированное исследование Гюльсена и др. (Турция) подтвердили выводы Хулахана, продемонстрировав аналогичное уменьшение боли и кинезиофобии при использовании ИВР без побочных эффектов [25]. Рандомизированное исследование Така и др. также подтверждает эти выводы, показывая, что ИВР приводит к улучшениям, аналогичным традиционной терапии, но с дополнительными психологическими преимуществами и повышением удовольствия [28]. Исследование Дарналла (2020) показало, что ИВР значительно снижает интенсивность боли, настроение, качество сна и уровень стресса по сравнению с устройствами только с аудио [30]. Кроме того, Кристенсен и др. (2023) обнаружили, что ИВР повышает болевой порог и снижает восприятие боли даже у здоровых людей [32].

ИВР также показала многообещающие результаты в лечении ФС, обеспечивая облегчение постоянной боли и отвлекая пациентов от дискомфорта [29, 30, 32]. Она постепенно помогает восстановить функциональность посредством движения, позволяя пациентам заново открыть свои способности и потенциал [25, 28, 30].

Система ИВР может использоваться дистанционно под наблюдением медицинских специалистов, предоставляя удобный инструмент для терапии на дому.

Заключение

ИВР продемонстрировал положительные эффекты у людей с проблемами вызванными инсультом, болезнью Паркинсона, ампутацией и болевыми состояниями, такими как фибромиалгический синдром. Однако не все группы пациентов подходят для этой терапии, поскольку результаты в значительной степени зависят от тяжести состояния и наличия сопутствующих заболеваний. В дальнейшем разработка рекомендаций по протоколам физической реабилитации на основе ИВР может значительно повысить независимость людей с ограниченными возможностями и уменьшить хроническую инвалидность, тем самым улучшив качество жизни.

Интерактивная видеотерапия перспективна как инструмент для управления болью посредством терапевтических игр, особенно при применении в домашних условиях. Она может улучшить восприятие движений, снизить интенсивность боли и способствовать расслаблению. При интеграции с междисциплинарными методами лечения ИВР может способствовать как реабилитации двигательных функций, так и улучшению психического здоровья. Необходимы дальнейшие исследования для устранения выявленных ограничений и совершенствования использования ИВР в клинической практике.