虚拟现实新玩法

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访客:26968  发表于:2016-04-19 15:42:46

【导读】游戏可以治病吗?事实上,应用于健康和医疗行业用途的虚拟现实治疗手段,正变得更加成熟。

虚拟现实新玩法

早在1993年虚拟现实就被用于心理治疗领域,如今的虚拟现实技术已经逐渐摆脱了高成本的限制。当时的Immersadesk 3D投影系统的售价高达12.5万美元,虚拟头盔显示系统的售价也不低于1万美元,分辨率只有640x480,需要配合昂贵的SGI工作站来处理粗糙的头部动作跟踪以及仿真级的3D建模。而以Oculus Rift为典型的价格便宜且质量上佳的头戴式显示设备,为虚拟现实疗法走进普通诊所奠定了基础。
2016年这样的技术也将变得常态化。美国Akili Interactive实验室旗下因为一款游戏而获得了包括辉瑞制药的和美国心理健康研究中心的支持。游戏的主角是一个黄色的外星小人,玩家驾驶着小木筏,奔驰在扭曲的水面上。游戏的任务很简单,击中水中不时窜出的蓝色小鱼,同时避开其他颜色的鱼和飞鸟。抓获的鱼越多,游戏难度越高。这个游戏用于测定正常孩子和患有注意缺陷障碍或多动症孩子之间大脑活动的差异。
目前这个游戏已经通过了美国食品药品监督管理局(FDA) 的八项临床测试,证明其可以用于治疗多动症、自闭症和抑郁症。Akili 目前的重要目标便是尽早完成实验,有望成为世界上第一款通过FDA认证的虚拟现实医疗设备。电子游戏在用于治疗自闭症和抑郁症方面已有多年的经验,但未来有一天,医生就可以合法地开出处方,安排用游戏为患者治疗,而无需大量的药物。
一个评论家曾就人脑的运行机制说道:“多么高贵的理性,多么无限的才能!”意思就是,多么像上帝。尽管科学技术一直在进步,人类大脑却仍然隐藏在神秘面纱后面。2013年美国总统奥巴马向全球公布了“推进创新神经技术脑研究计划”,其最终的临床应用包括通过直接改变神经回路来诊断和治疗疾病。我们对大脑的了解程度要比对人体其他器官的了解程度落后50年。这块宝藏的神秘面纱刚刚被掀起一个角,虚拟现实技术在这个领域的科研和教学方面都大有帮助。

用于心理治疗

英国纽卡斯特大学正在利用“蓝屋”(Blue Room)系统用于治疗心理恐惧,帮助患者重返正常生活。这一实验的对象是9名7到13岁的男孩,他们被放置在360度无死角装有全息影像设备的屋子中,周围播放着此前对孩子造成心理创伤的画面。他们戴着立体眼镜进入治疗室,站在中央,而电脑产生的形象投射至6面墙壁上。“病人完全被各种形象所包围,具有极其强烈的真实感。他们完全陷入环境之中。”心理学家在“蓝屋”内陪伴他们,引导他们逐步适应环境,最终帮助他们克服恐惧。实验结果表明,9个孩子中有8个能够良好地处理恐惧情境,其中4个孩子完全摆脱了心理恐惧。
对那些恐怖症病人来说,站在高处,或看见蜘蛛、蟒蛇,或面对迎面而来的撞车事故时,会产生极度恐惧。最有效的治疗方法是暴露疗法,即治疗师让病人暴露于所恐怖的对象之前。但传统的方法存在很多缺陷,即难以控制那些因素。例如,当治疗师陪同对飞行恐怖的病人时,无法控制希望达到的飞行高度。
但在虚拟环境中,治疗师与病人可以选择是否有气流、天气是否良好、是否起飞或降落等,再建立使患者产生恐高心理的虚拟情景,如乘坐上升中的安装透明玻璃的电梯、从高楼的楼顶上向下观看时,患者在治疗过程中避免出现过强的恐高反应,也保证了患者的人身安全。
当然,虚拟现实疗法对于某些恐惧症患者而言,也凸显了性价比的优势——以飞行恐惧症患者为例,从前采用“现实世界”的暴露疗法时,需要购买来回两张飞机票,患者和医生各一张,甚至需要多次乘坐,现在昂贵的机票费用完全可以省下来,并且节省了医疗时间。
在以前,医生通常会使用“想象力引导”的方法去帮助某些精神创伤患者进行修复。有时候会遇到一些想象力有问题的患者,这种方法就无法奏效了。有了虚拟现实疗法,在引导患者进入回忆状态时会轻松很多。更何况,对于某些患有焦虑症和应激障碍的阿富汗或伊拉克战场的退伍军人,不可能将他们重新带回那些激战正酣的战地前沿。
而通过类似Oculus Rift这样的沉浸式体验,在治疗中,通过战场植被、直升机及其他战争环境物体虚拟画面,来诱导患者进入初步回忆状态,通过催眠式的语言引导,询问“是不是看到绿油油的水草、稻田间吃草的水牛,以及穿梭于密林丛中的士兵”,来彻底沉入当时所处环境的记忆深处。如此循环反复的诱导刺激,加上虚拟现实情境,让试验者唤起他们在战场中的恐惧和伤痛回忆,试验者可以看到子弹横飞、直升飞机起落、火箭炮发射等场景。在这一过程中,心理专家会根据他们的身体反应,进行有效的心理疏导。
这种新颖的治疗方式也改善了病人的自信心。有些厌食症患者由于误认为自己过于肥胖而不愿进食才患病的,虚拟现实技术可用于纠正此类患者对自己体形的态度。在实验室里,治疗师制作了一个模拟厌食症患者的虚拟人,然后让患者观看这名虚拟人如何成功完成各种对体形有着严格要求的任务,如钻过狭小的通道。在训练后,患者重新对自己的体态有了认知,愿意以积极的态度配合治疗。
作为最早开展网络心理学治疗的学术机构,经过十年的努力,魁北克大学实验室已经将重点放在病理性赌博、饮食紊乱、精神分裂、陌生环境恐怖症和性犯罪的治疗。加拿大政府正在考虑用虚拟现实技术,测试、评估性侵犯罪犯的心理治疗效果,罪犯通过测试,才能被释放出狱。
虚拟现实技术的心理治疗在美国和加拿大已经非常受到病人欢迎。虚拟现实疗法公司 Virtually Better 的临床心理学家马拉特·萨诺夫(Marat Zanov)指出,目前已有数百个临床研究案例显示,在对普通的恐惧症以及深度焦虑症的治疗上,虚拟疗法的效果不亚于真实疗法的效果。但研究学者也谨慎表示,应当将新科技作为一种工具,但不可以取代治疗过程。

用于精密手术

与心理治疗不同的场景还原是虚拟现实已经具有足够的精确性,能够辅助进行高精度的医疗手术。2014年7月22日,在法国的乔治·蓬皮杜医院,进行了人类历史上第一次“虚拟现实手术”。这家医院是法国乃至全欧洲最现代化的医院。来自该院的法国外科医生就在髋关节手术中佩戴了虚拟现实设备,将Oculus Rift和GoPro进行结合作为手术的教学工具使用,用来给其它实习医生进行手术视频体验教学。
这次实验由巴黎笛卡尔大学的托马斯·格里高利(Thomas Gregory)医生进行手术。在手术过程中,有两个互为同步的GoPro摄像头安装在他的前额上,它们以鸟瞰式角度,记录了其做髋关节置换手术的过程,最终可以得到医生视角下的三维手术视频。这个视频可以给医学院学生和住院实习医生通过Oculus Rift播放,这是前所未有的。
而2015年11月,波兰华沙的心脏病机构的心脏病专家在一个慢性完全闭塞的心脏手术中,使用谷歌眼镜成功地清除了一位49岁男性患者右冠脉的堵塞物,并恢复了血液流动。这种技术在现阶段,可称为“介入性心脏病的最终前沿”,因为它的成功率不可预知同时利用现有技术治疗闭塞冠状动脉存在困难。
传统的治疗冠状动脉堵塞,通常使用一个带有一个小气囊的导管通过手臂或腹股沟插入到病变的部位,由X射线实时图像引导,将导管引导到病变区域。手术医师通过膨胀的气球,撑开动脉内径。当气球被移走后,一个由不锈钢网制成的支架,将永久性地保持血管的开启。
但借助谷歌眼镜这种可穿戴式的虚拟现实技术,该系统提供了冠状动脉CT血管造影(CTA)3D重建,还有一个免动手的语音识别系统可以缩放和改变图像。头戴显示系统让医生们在捕获图像和视频的同时,还可以和周围的环境进行交互。手术医师的视野得到了很大幅度改善,提高了操作者的流畅性和介入性心脏病学手术的成功率。
除了冠心病的治疗,神经外科手术可能是最复杂、要求最高的手术之一。在手术时,神经外科医生必须在性命攸关的关键部位搜寻和操刀,这要求医生必须充分掌握人体解剖学知识。传统影像和扫描以二维的方式反映解剖学结构,“半数以上的信息都是以二维图像的形式接受评估的,但医生努力要解决的其实是一个3D问题”。通过虚拟现实平台,可以更加方便神经外科医生进行三维的结构辨认。
新加坡国立脑神经医学院的神经外科部门,已经应用了Dextroscope虚拟现实手术系统。所有相关影像,如磁共振影像、CT扫描、静脉及血管造影等输入Dextroscope系统后,形成一个计算机产生的三维界面。
这个系统可以使医生有机会探讨及考虑各种模拟方法以决定最佳手术方案,为病人“量身打造”手术方案。这些复杂工具的运用,以病人的实际扫描与影像为基础,可以进行脑肿瘤的曲线、直线或者立体测量以及模拟性组织去除,对涉及手术部分结构的空间关系提供了重要信息,提升了神经外科领域病人护理、手术疗效及安全水平。
而运用虚拟现实技术最有趣的手术,或许将发生在整容行业。位于纽约的bodySCULP宣布,他们将是第一个提供虚拟现实服务的整形外科机构,潜在的客户将能够提前看到并且体验手术将如何改变他们的外貌。该体验将会用到Oculus Rift头戴式显示器,手术可能出现的结果,如吸脂、丰臀和其他塑身技术都可以真实模拟。该诊所认为,“整形外科医生和病人之间的关系现在已经增进到一个新的阶段。有了这些眼镜,一个病人可以在虚拟影像里提前看到他们想要变成的样子,实时地看到可以实现的未来。”

用于预防康复医学

来自欧洲国家的多个科研团队也正在使用虚拟现实技术进行疾病的预测,其中就包括阿尔兹海默病。根据国际阿尔兹海默病协会(ADI)公布的数据,到2050年,世界阿尔兹海默病及其他类型的痴呆症患者人数预计将翻两番,达到1.35亿人左右,这将给社会带来沉重的负担。
近十年来,制药集团在心脏病和癌症药物的开发上取得了大幅进展,却没有任何阿尔兹海默病的有效新药面世。2002~2012年间,旨在预防、治疗或改善阿尔兹海默病症状的昂贵的药物试验中,有99.6%以失败告终或终止开发,而癌症药物的比例则为81%。科学家们表示,鉴于阿尔兹海默病病因仍然不明,加上该病的异质性、诊断的困难性和病情发展的缓慢性,预防是目前最明确的出路。
八国集团制订了一个乐观的目标,希望到2025年前找到有效的预防疗法。德国波恩神经系统退行性疾病中心的卢卡斯·孔茨召集了一批年龄在18至30的志愿者,测试他们某些脑细胞的功能。他们在注意力、规划和决策的能力上表现的不足,往往是很多退化性疾病的常见症状,包括阿尔兹海默病。
美国的Akili Interactive实验室也制作了一款测定正常人和可能患有阿尔兹海默病患者之间大脑活动差异的游戏。这款游戏能在玩耍过程中每秒钟监测65种数据,分析出游戏玩家存在何种认知缺陷。这些试验可能筛选出那些拥有阿尔兹海默氏病高遗传风险的志愿者,让科学家们提前几十年预测阿尔兹海默病的发生。
在康复医学领域,虚拟现实技术对于痛觉管理十分有效,大有用武之地。从生理上恢复中风后的创伤、缓解慢性疼痛或是改善帕金森病人的生理表现,虚拟现实可能拥有极大潜力。
南加州大学创新技术研究所开发多种原型产品,可以帮助烧伤患者减轻治疗过程中的疼痛感。一个名为“冰雪世界”的虚拟现实游戏,可以缓解烧伤病人的伤痛。这个虚拟的冰雪世界里,有冰冷的河流和瀑布,还有雪人和企鹅。病人可以飞跃冰雪覆盖的峡谷或者投掷雪球,此时他们的注意力完全集中于冰雪世界,无暇顾及伤痛。在实验中,一名三度烧伤病人尝试了这个理疗项目,几乎感觉不到治疗过程中身体移动所带来的疼痛,甚至不知道自己是不是真的在理疗,完全陶醉在游戏中。
此外,借助虚拟现实技术,截肢病人只需要戴上耳机和传感器,即可进入虚拟现实世界,此时他们不仅可以感受到自己肢体的存在,还能控制虚拟肢体完成特定动作。经过7到10个30分钟疗程后,这些患者的幻肢症都已得到明显改善。
中风病人也可以看到肢体复健的福音——洛桑理工大学旗下一家公司融合了虚拟现实技术与神经科学,帮助中风和大脑损伤患者重新学会使用四肢和价格并不昂贵的康复产品。他们的实验表明,“中风后的头三周是最佳时期。中风一周后就开始康复治疗是完全可行的。”
中风患者会在屏幕上看到自己健全肢体的形象在做各种动作,然后这个形象被反转过来,让大脑以为受损肢体实际上是健康的。患者在指导下进行一系列练习,这些练习可以在医院或在家里完成,有一个定制的摄像机跟踪他们的活动。这些练习促进了大脑与受损肢体间神经元连接的早期激活,在许多病例中,手臂和腿部能够重新活动起来。
例如,中风患者会被有意识地指导进行攀岩动作:“登山全景画面,是用装在一个特制三角架上的16个GoPro摄像机提前录制的真实画面。栩栩如生的音响则是用4对麦克风录制的。头戴式视图器装配了立体摄像机,拍摄你的手、脚与身体动作,再通过实时播放使你沉浸在景色当中。你的大脑因此“受骗”,以为自己真的攀悬在崖壁上。”由此,虚拟现实技术在一番精密的测算和模拟后,诱导和强化你的大脑重新去布线。
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本文系经理+原创,作者:陈婧 ,转载请注明出处和作者名

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