Wirtualna rzeczywistość w medycynie
Jednym z zastosowań wirtualnej rzeczywistości (ang. virtual reality – VR) w medycynie są różnego rodzaju szkolenia. Na symulatorach VR studenci zapoznają się z anatomią poszczególnych narządów bez potrzeby przeprowadzania sekcji. Z kolei lekarze różnych specjalizacji doskonalą swoje umiejętności. Mogą przećwiczyć operację, nie narażając zdrowia i życia pacjentów, albo eksperymentować z nowymi technikami. Dzięki połączeniu VR z tomografią komputerową i rezonansem magnetycznym wizualizuje się anatomię danego narządu, co pozwala na uniknięcie niespodzianek podczas rzeczywistej operacji. Nowoczesne technologie wirtualne umożliwiają również wprowadzenie do treningów różnego rodzaju scenariuszy, obejmujących np. nieoczekiwane wydarzenia na stole operacyjnym, jak zatrzymanie akcji serca, zmiana nasycenia krwi tlenem czy nagła niewydolność nerek. Dzięki temu lekarz, podobnie jak pilot w symulatorze, uczy się postępowania w sytuacjach krytycznych, z którymi w pracy zawodowej może nigdy się nie spotkać.
Do wirtualnej rzeczywistości uczestnik szkolenia przenosi się, zakładając gogle VR i biorąc do rąk kontrolery, dzięki którym interakcyjnie działa wewnątrz wygenerowanego komputerowo trójwymiarowego świata. Wygodną opcją dla lekarzy są specjalne rękawice, dające większą swobodę manipulacji wirtualnymi przedmiotami. Dodatkową zaletą tego typu technologii jest precyzyjna informacja zwrotna, w tym wyświetlane w postaci komiksowych dymków instrukcje, podpowiedzi, statystyki lub komentarze instruktora. Szkolenie może być zakończone podsumowaniem wszystkich naszych działań lub nawet egzaminem, tym bardziej że nic nie stoi na przeszkodzie, by całą operację obserwował bardziej doświadczony chirurg czy wykładowca.
W tym miejscu warto wspomnieć o wrocławskim start-upie 4Help VR, który opracował pierwszy na świecie trenażer do nauki udzielania pierwszej pomocy. W ofercie dla zainteresowanych instytucji czy firm znajdziemy różne programy szkoleniowe pozwalające na zdobycie praktycznych umiejętności. Przez wirtualny świat prowadzi nas trener – Paramedicus, który krok po kroku wskazuje, co należy robić. Instrukcje przekazywane są za pomocą gestów, napisów i sygnałów dźwiękowych. W nauce pomaga zestaw czujników umieszczonych w realnym fantomie używanym standardowo do nauki pierwszej pomocy. Dzięki temu uczestnik nie tylko szybciej przyswaja wiedzę, ale doświadcza wrażenia, jakby rzeczywiście uczestniczył w akcji przywracania funkcji życiowych.
Cyfrowe serce i komputerowy dobór leków
Różne możliwości zastosowań VR w medycynie zaprezentowano w grudniu ub.r. na konferencji 3DEXPERIENCE Lab. Szczególne zainteresowanie wzbudziły dwa innowacyjne rozwiązania – Living Heart i ExactCure francuskiego koncernu Dassault Systèmes (znany też pod nazwą 3DS, specjalizuje się w oprogramowaniu inżynierskim i softwarze do projektowania i wizualizacji 3D) współpracującego ze start-upami z całej Europy.
Nad projektem Living Heart pracują czołowi naukowcy i lekarze, którzy na co dzień zajmują się badaniem chorób układu krążenia, oraz producenci urządzeń medycznych. Celem programu jest opracowanie wysoce precyzyjnych cyfrowych modeli ludzkiego serca. Mają one stanowić bazę dla komputerowej medycyny sercowo-naczyniowej i są częścią programu opracowania dokładnego cyfrowego modelu ludzkiego ciała – Virtual Human Modeling (VHM). Posłużą do szkoleń, projektowania urządzeń medycznych, a także do diagnostyki klinicznej. Co więcej, projekt przewiduje wprowadzanie indywidualnych modyfikacji cyfrowego serca na podstawie danych uzyskanych od konkretnego pacjenta podczas diagnostyki, np. tomografii komputerowej. Pozwoli to lekarzom przygotować się do operacji i ominąć ewentualne pułapki związane z odmienną budową anatomiczną.
Z kolei projekt ExactCure to oprogramowanie pozwalające na lepsze dopasowanie leków do indywidualnego pacjenta. Symuluje skuteczność medykamentów i ich interakcje w ludzkim organizmie na podstawie osobniczych cech, np. wieku, wagi, płci czy stanu nerek. Korzysta tu z algorytmów sztucznej inteligencji, a obrabiane przez nią dane pochodzą z czujników umieszczonych na ciele pacjenta lub badań diagnostycznych czy laboratoryjnych (m.in. próbek krwi czy moczu). Według twórców oprogramowanie to pomoże pacjentowi uniknąć sytuacji, kiedy dawki leku są zbyt małe, mogłoby dojść do przedawkowania środków czy niekorzystnych interakcji z innymi medykamentami. Lekarz może też zdalnie śledzić w czasie rzeczywistym wpływ podanych leków na stan pacjenta.
Interakcje medykamentów w organizmie pacjenta można w ramach projektu obejrzeć też w wirtualnej rzeczywistości. Jak zaprezentowano na konferencji 3D EXPERIENCE Lab, dzięki udostępnionej przez 3DS platformie 3D EXPERIENCE, w której skład wchodzą m.in. biologiczno-chemiczny moduł BIOVA i inżynierskie oprogramowanie 3D Solid Works, możliwe jest stworzenie modelu zjawisk fizykochemicznych związanych z indywidualnymi cechami pacjenta w połączeniu z wirtualnym trójwymiarowym zobrazowaniem cząsteczek medykamentu oraz interakcjami leku z komórkami pacjenta, jego narządami czy wprost jego oddziaływaniem na kod genetyczny wirusa bądź bakterii. Wszystko to można obejrzeć, korzystając z wirtualnych gogli, i przedyskutować lub skontrolować działanie leku. Co prawda nad tą funkcjonalnością projektu ExactCure prace dopiero trwają, ale już pierwsze rezultaty są obiecujące.
Psychologia i psychiatria
Wirtualna technologia wkracza też do takich medycznych dziedzin jak psychologia i psychiatria. Naukowcy z Oksfordu opracowali przy jej wykorzystaniu eksperymentalną terapię dla osób cierpiących na schizofrenię, które słyszą nieistniejące dźwięki. Dzięki wirtualnej rzeczywistości mogą one stanąć twarzą twarz z awatarem prezentującym dręczące je głosy. Terapia opisana w czasopiśmie „The Lancet Psychiatry” okazała się skuteczna w zmniejszaniu omamów słuchowych. Dowiodły tego próby przeprowadzone na 150 pacjentach (75 z nich stanowiła grupa kontrolna leczona konwencjonalnie), u których schizofrenia występowała mniej więcej przez 20 lat i którzy od ponad roku doświadczali uporczywych i niepokojących omamów słuchowych.
VR doskonale sprawdza się też w walce z zaburzeniami lękowymi. Pacjenta poddaje się tutaj działaniu bodźca, który wywołuje u niego lęk – wszystko w ściśle kontrolowanych przez lekarza warunkach. Dzięki temu pacjent może stawić czoła trudnej dla niego sytuacji, jednocześnie zdając sobie sprawę, że nie uczestniczy w niej naprawdę. W badaniach nad lękiem wysokości znaczną poprawę zanotowano u 90% pacjentów.
Systemy wirtualnej rzeczywistości pomagają też leczyć ból oraz strach przed zabiegami medycznymi czy śmiercią. Kalifornijski start-up Deep Stream VR przygotował wirtualny świat, w którym u pacjentów obserwujących przygody bohatera osiągnięto redukcję bólu rzędu 60–70%. Rozwiązanie to wykorzystuje się przy różnych zabiegach medycznych – od szczepień po zabiegi dentystyczne i zmianę opatrunków. Jednak najbardziej znanym systemem redukcji bólu jest aplikacja VR SnowWorld, opracowana przez Huntera Hoffmana i Davida Pattersona z University of Washington i wspierająca leczenie oparzeń. Jedynym zadaniem chorego w wirtualnym świecie jest rzucanie śnieżkami w pingwiny. Według dostępnych danych osoby z oparzeniami dzięki tej aplikacji doświadczają bólu w stopniu o 35–50% mniejszym niż w przypadku umiarkowanych dawek środków go uśmierzających.
Bardzo obiecująco wygląda projekt wrocławskiego start-upu Prosoma. Programiści stworzyli wirtualny świat do behawioralnej terapii pacjentów oddziałów onkologicznych, którzy nie tylko zmagają się z chorobą zmieniającą ich życie i często bolesnym leczeniem, ale przede wszystkim potrzebują wsparcia innego niż typowi pacjenci z problemami psychicznymi. Spacer po wirtualnym bajkowym świecie w uspokajających kolorach i przy dźwiękach stonowanej muzyki wprowadza pacjentów w stan relaksu, dzięki czemu mogą oni nie tylko zapomnieć o chorobie, ale również lepiej zrozumieć swoje zachowania, myśli i uczucia oraz rozwijać pod opieką psychologa mechanizmy radzenia sobie z nimi.
dr inż. Marcin Bieńkowski