本文来源：中华急诊医学杂志, 2024,33(6) : 849-852.
本文作者：俞佳萍 季赟 鲁海飞
虚拟现实（virtual reality，VR）及增强现实（augmented reality，AR）是发展迅速的新兴技术。VR通过创建一个虚拟的三维立体环境，提供用户视觉、触觉、听觉等多感官的沉浸式体验，而AR将虚拟元素实时叠加于现实世界中，保留了与现实世界的联系，并使用户可以与虚拟元素进行交互。VR/AR需要为用户提供特殊的VR/AR眼镜（图1）。VR/AR在医学领域的应用越来越多，已经在心脏病学及神经外科学领域得到了较深入的研究。VR/AR在重症医学领域的应用也正在增长，将对ICU患者、家属及医护人员产生积极影响。本文对VR/AR技术在ICU中的应用进行综述,以期为今后的研究和实践提供参考。
A：通过电脑仅能观看视频；B：通过头戴式虚拟现实显示器可以将用户置身于虚拟现实之中
▲图1 VR/AR需要为用户佩戴虚拟现实显示器
1 VR在ICU中的应用研究
1.1 在ICU患者及其家属中的研究
ICU的经历往往是一种创伤性事件，容易使ICU患者产生负面情绪，甚至导致心理和认知功能障碍。近期，Merliot-Gailhoustet等在一项随机对照试验中纳入60例ICU患者（其中1例机械通气），评估常规干预方法（电视、广播或音乐疗法）及VR干预方法（通过佩戴VR眼镜进入海滩、雪地等虚拟世界）对患者压力相关症状的影响，VR干预方法相比常规干预方法可以更显著的降低整体不适感以及紧张、焦虑等压力相关症状。Jawed等利用VR技术让15例ICU患者（其中6例机械通气）"置身"于令人放松的海滩景观中，结果显示，71%的患者焦虑情绪在VR体验后得到了改善。Ong等让59例非气管插管的ICU患者在VR提供的沉浸式场景（如浪花翻滚的海滩）中进行放松训练，对比使用VR前后的焦虑抑郁评分，发现患者的焦虑和抑郁情况明显改善。
Fernández-Gonzalo的研究小组开发了VR辅助的早期神经认知干预方法，主要通过一个虚拟化身陪伴ICU患者，帮助患者定位并提供指示，激励患者完成锻炼并鼓励患者放松。他们进一步开展了一项随机对照试验来评估这种VR辅助的早期神经认知干预方法的效果。该项试验共纳入72例机械通气的ICU患者，与接受常规治疗的患者相比，接受VR辅助的早期神经认知干预的患者具有更高的工作记忆评分以及更低的焦虑和抑郁评分。
睡眠质量下降是入住ICU患者的常见问题。研究发现，在安静的环境中进行冥想有助于改善睡眠质量。但是，ICU环境存在噪音、持续照明等不利因素，导致患者难以进行冥想。Lee等给心脏外科重症患者佩戴VR眼镜，让患者进入一个与外界环境隔绝的VR冥想世界，结果表明，与常规睡眠干预（戴眼罩、耳塞）相比，接受VR冥想干预的患者深睡眠时间更长、睡眠质量更高。
疼痛是ICU患者的常见症状。Mosso-Vázquez等给67例入住ICU监护的心脏术后患者佩戴VR眼镜，患者可以选择五种不同的虚拟环境（如森林、城堡等）来转移注意力，结果显示有88%的患者在VR干预后疼痛明显缓解。Esumi等报道了一例入住ICU的急性筋膜室综合征患者，在清创治疗过程中患者疼痛感强烈，需使用高剂量的阿片类药物镇痛。他们利用VR技术让患者仿佛进入一个阳光明媚的海滩环境，分散了患者的注意力，从而减轻疼痛，并大大降低阿片类药物的使用剂量。
ICU获得性衰弱是ICU患者的常见并发症，早期活动能降低ICU获得性衰弱的发生。然而，传统的早期活动形式交互性差，患者主动参与运动的积极性低。Parke等对20例ICU患者使用Jintronix虚拟治疗系统进行针对上肢、下肢和躯干力量、运动和耐力的练习，患者在干预期间均未发生不良事件，几乎所有患者都表示该虚拟治疗系统操作简便，易于理解且趣味性强。在一项随机对照试验中,研究者设计了一套基于VR技术的早期活动方案，通过康复训练视频、音频的播放指导患者早期活动。研究结果表明，相对于接受常规早期活动方案的对照组，试验组每次运动时间显著延长，ICU获得性衰弱发生率较低，且ICU住院时间较短。
ICU患者的家属作为照顾者见证并参与患者的治疗过程，会经历情绪困扰，患者与家属间构成相互影响。ICU探视时间有限、陌生的ICU住院环境和医疗流程、各种有创性操作、机器报警、与医护人员沟通不畅等医疗系统相关因素均会加重家属的心理压力；提供更多的相关信息是减轻家属心理压力的有效方法。Vlake等利用VR技术构建了ICU三维立体场景，在VR动画中由虚拟医护人员介绍ICU医疗流程和病房布局、ICU相关设备（如监护仪、呼吸机、微泵等）以及ICU相关操作或治疗（如气管插管、中心静脉置管等）等内容，有助于家属深入了解ICU的治疗环境及过程，从而缓解家属心理压力，减轻焦虑。
可见，基于VR技术开发相应的虚拟情境和方案对ICU患者进行干预，可以在改善ICU患者的心理和认知功能障碍，提高睡眠质量，缓解疼痛以及促进康复等方面发挥重要作用，从而有望改善ICU患者预后。目前，VR技术在ICU家属中的应用仅有少数报道，值得未来更进一步研究。
1.2 在ICU医护人员中的研究
VR作为一种ICU医护人员的模拟训练和医学教育手段，正在吸引越来越多的关注。Wolff等开发了一套VR训练环境，通过VR手柄完成体外膜肺氧合治疗中的各项操作，受训者可以重复演练这一难度较高的临床技能，有效避免真实情景中的危险。Colt等创建了一个VR仿真模型，模拟支气管镜检查的过程，有助于缩短医生的学习曲线, VR培训后的年轻医生在灵活性、速度和准确性方面与经验丰富的医生相当。Aksoy对比了可交互的VR系统与传统培训模式在心肺复苏教学中的效果，结果发现，与传统培训组比较，VR培训组的考核成绩更高。在一项针对气管造口护理学习的前后对照试验中，研究人员对比了VR仿真教学和传统教科书的学习效率，发现VR可以更显著的提升受试者对护理知识的熟悉程度，并增加自信。鉴于VR教学具有安全性、趣味性及可重复性等优势，笔者认为VR在ICU教学领域将有更广泛的应用前景。
大约有40%的ICU医护人员发生职业倦怠，这与面临的职业压力密切相关。Nijland等纳入66名ICU护士，在观看360度沉浸式VR视频进行心理放松后，发现感知压力降低了39.9%。在一项交叉、试点、随机试验中，研究者在ICU医护人员工作间隙给予观看8 min VR自然景观视频，结果发现VR显著降低疲劳评分，并让ICU医护人员体验到脱离工作环境的感觉。Gerber等在45名健康受试者的研究中，评估不同VR视频内容（自然或城市环境）对减压效果的影响，发现VR自然环境视频对受试者的生理和心理状态具有较高改善作用。VR干预有助于缓解ICU医护人员的职业压力，进而有望降低职业倦怠的发生。
2 AR在ICU中的应用研究
AR技术能够将虚拟场景注册到真实环境中，提供更加可视化、三维、可互动的效果，其在ICU相关操作的模拟训练与临床辅助中已有初步探索。在一项前瞻性随机对照试验中，32名受训者被随机分为两组，对照组采用传统超声引导穿刺教学，AR组采用传统超声引导穿刺教学结合AR视频指导，结果发现两组在操作时间上虽然没有差异，但AR组操作更加规范。在另一项随机对照试验中，Fumagalli等纳入103例老年ICU患者，在静脉穿刺中分别使用常规穿刺法和AR辅助近红外可视化穿刺技术，结果发现与常规穿刺法相比，AR的可视化模式虽未减少穿刺时间和尝试次数，但静脉穿刺血肿的发生率降低。在Morillas Pérez等的研究中，6名操作者（5名ICU医生和1名放射科医生，至少具有6年超声使用经验）进行76次AR辅助超声引导血管穿刺，发现这项技术可以帮助操作者将视线集中在操作区域，有助于提高操作的安全性。Gan等报道了6例通过AR辅助经皮扩张气管切开术的成功案例。1名助手利用纤维支气管镜获得实时的气管影像，并同步显示于术者佩戴的AR眼镜上，帮助术者将注意力集中在手术视野，而不需要脱离手术视野去观察气管影像。在一项针对呼吸机操作培训的随机对照研究中，研究人员将30名没有呼吸机操作经验的护士随机分为两组，分别通过传统教科书与AR设备进行呼吸机操作学习，与传统教科书相比，AR减少了寻求帮助的次数，增加了操作自信心。
3 展望
随着技术发展，VR/AR在ICU中的应用不断增加和多样化，具有其自身的固有优势，但作为一项新兴技术，在应用过程中也存在着一些问题值得探讨。第一，VR/AR可能会给使用者带来一些不适症状或不良反应，被称为虚拟现实引起的症状和效应（virtual reality-induced symptoms and effects，VRISE）。长时间使用VR/AR可能会出现头痛、恶心、呕吐等症状，即晕动症，这是由于视觉所看到的影像与身体所感知到的情况存在差异引起的。晕动症是VRISE的最常见类型。除晕动症外，VRISE还包括视觉疲劳、肌肉疲劳、急性压力和精神超负荷。因此，在ICU中应用VR/AR时应选择合适的对象，使用过程中应密切观察，一旦出现VRISE应及时提供帮助。第二，在脆弱人群中使用VR/AR技术需特别注意伦理问题。为此，Kellermeyer等提出了3个优先事项：应优先考虑人与人的互动，而不是人与机器的互动；应树立以人为本的价值取向，包括尊严和自主性；应以患者为中心。第三，VR/AR技术开发成本较高，在ICU中应用受到限制，多数VR/AR设备不够轻便，不利于实施。目前VR/AR技术仍需在画面的清晰度、模拟的真实性、注册追踪技术的准确性和稳定性等方面进一步改进。此外，VR/AR系统所提供的场景在内容和形式上较为单一，也是限制其在ICU推广的重要因素。VR/AR技术在lCU中的应用研究仍为小范围、试验性的，有待进一步验证。
总之，VR/AR技术在ICU患者、家属及医护人员中具有潜在的应用价值和发展潜力，比如VR/AR辅助的心理干预以及有创操作等。VR/AR辅助的远程医疗以及临终关怀正处于起步阶段，需进一步研究。
本文编辑：何小军
