17、虚拟现实在医疗与痴呆症领域的应用与展望

虚拟现实在医疗与痴呆症领域的应用与展望

1. 虚拟现实在医疗中的应用现状

虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术在医疗领域正逐渐崭露头角，展现出巨大的应用潜力。

1.1 VR 治疗恐惧症

VR 暴露疗法被认为是治疗恐惧症和创伤后应激障碍的黄金标准疗法。不过，目前相关研究的参与者数量较少（10 - 20 人），且通常缺乏对照组。

1.2 VR 止痛

VR 已被用作非药物性止痛手段，用于缓解急性和慢性疼痛。其原理是将患者的注意力转移到虚拟世界，从而减少用于处理疼痛信号的认知能力。

1.3 未来发展方向

未来，VR 和 AR 在医疗培训、诊断和治疗方面的应用将更加广泛。但要实现沉浸式技术在医疗可视化中的重大变革，还需解决两个关键的硬件问题：逼真的触觉反馈和远程呈现。
- 逼真的触觉反馈 ：对于模拟触觉任务至关重要，是在外科手术培训中有效替代尸体的最大技术障碍。目前市场上虽有一些解决方案，如 Xitact 医疗模拟器和 3D System 的 Touch 设备，但这些设备仍存在不足，如缺乏触摸的额外特性（纹理、温度等），且用户感受方式有限。
- 远程呈现 ：指用户通过 AR 或 VR 系统能体验到远程人员的虚拟存在，就像他们在同一房间一样。这一技术可让专家在瞬间实现远程参与手术等医疗活动，具有广泛的应用前景。但它面临着高精度环境映射、远程人员精确捕捉以及快速可靠的双向信息通信等技术挑战。

2. 开发医疗沉浸式技术应用的实用建议

在当前技术条件下，开发使用沉浸式技术的医疗应用需要考虑实际限制。以下是一些实用建议：

2.1 应该做的

• 考虑目标受众 ：若面向大众，像 HoloLens 或 HTC Vive 这类小众设备并非合适平台；若针对专业受众，需考虑使用环境能否容纳房间级 VR 所需的传感器或信标。
• 考虑平台限制 ：对于用户需要大量移动的应用，应避免使用 3DoF 系统和易导致恶心的连续移动虚拟 locomotion 方式。
• 匹配应用与技术特性 ：VR 适用于沉浸式、隔离式体验；AR 适用于需要仔细检查或操作对象，且需保持与现实环境联系的场景。
• 利用沉浸式技术的优势 ：在 AR 和 VR 应用中，可突破人类自然感知的限制，看到特定频率的光、温度、无色气体等。
• 提前规划 ：尽管当前硬件可能不满足应用需求，但提前设计和规划，并在非理想硬件上进行原型开发，待硬件成熟时将获得巨大优势。

2.2 不应该做的

• 避免为用而用 ：若应用可通过视频、交互式网页应用或廉价物理道具实现，使用沉浸式技术则成本高、限制多且过度设计。
• 避免不必要的建模 ：虚拟环境的优化程度对应用的流畅运行和视觉质量至关重要，处理不必要的细节会影响体验质量。
• 避免过度刺激用户 ：VR 若内容过多、用户自主探索时间过少，会让用户感到不堪重负。
• 避免不必要的移动 ：考虑到移动带来的技术挑战和可能导致的恶心、迷失方向问题，应尽量减少体验中的移动。
• 不要忽视触觉反馈 ：尽管目前触觉反馈技术基础，但完全忽视会破坏某些应用的沉浸感。可考虑使用现实世界的代理对象来增强触觉体验。
• 不要被困难吓倒 ：开发沉浸式应用虽复杂，但相关领域专业知识正在快速传播，若应用重要，可获得帮助。

3. 痴呆症现状与关注原因

3.1 痴呆症概述

世界卫生组织（WHO）指出，痴呆症是一种综合征，通常具有慢性或渐进性，由多种影响记忆、思维、行为和日常活动能力的脑部疾病引起。患者在疾病过程中易出现抑郁、易怒、躁动、攻击和妄想等行为和心理症状。

3.2 痴呆症的流行趋势

目前全球约有 4700 万人患有痴呆症，预计到 2030 年将增至 7500 万，到 2050 年几乎会增至三倍，达到 1.5 亿人。每年新增病例近 990 万，即每 3 秒就有一例新病例。且症状在诊断前 20 年就可能开始出现，大量人群尚未被诊断。随着 2015 年后出生的人预期寿命可达 100 岁，痴呆症已成为社会的重大担忧，也是第七大死因，且目前尚无治愈方法。

3.3 痴呆症研究现状

目前对痴呆症的研究仍需加强，尤其是对可改变的风险因素的研究还很匮乏。

4. 痴呆症对医疗和经济的影响

4.1 高昂的成本

痴呆症的高成本给医疗系统带来巨大挑战。英国每年痴呆症的总成本估计达 260 亿英镑，全球成本预计到 2030 年将升至 2 万亿美元。

4.2 对家庭的影响

照顾痴呆症患者不仅给社会和经济带来负担，也给家庭带来沉重压力。许多家庭照顾者会出售房屋以入住专业护理机构，这不仅带来经济成本，还会改变家庭关系动态，产生情感后果。

4.3 资金和研究不足

英国每年每位痴呆症患者的研究投入仅 90 英镑，远远不足以帮助我们发现病因和治愈方法。作为全球第五大死因，我们应加大在该领域的投资。

5. 目前的痴呆症治疗方法

目前的痴呆症治疗方法主要分为以下两类：

5.1 回忆疗法

• 记忆盒或回忆舱 ：可用于刺激患者的记忆回忆，通过触发嗅觉、触觉、听觉、视觉和味觉等感官，对大多数患者非常有效。其效果包括引发对话、增强信心、消除无聊和唤起个人记忆，从而改善认知功能和情绪状态。但部分患者可能会觉得墙画等场景会造成困惑和压力。

5.2 娱乐活动

• 音乐、宠物、儿童互动、感官体验和外出活动 ：这些活动对改善患者的情绪和认知功能有积极作用。例如，Channel 4 的《老人之家与 4 岁儿童》节目展示了儿童与老人互动带来的健康和心理益处。

以下是痴呆症相关信息的表格总结：
|方面|详情|
| ---- | ---- |
|全球患者数量（目前）|约 4700 万|
|全球患者数量（2030 年预计）|约 7500 万|
|全球患者数量（2050 年预计）|约 1.5 亿|
|英国每年痴呆症总成本|约 260 亿英镑|
|全球成本（2030 年预计）|约 2 万亿美元|
|英国每位患者每年研究投入|约 90 英镑|

以下是痴呆症治疗方法的 mermaid 流程图：

graph LR
    A[痴呆症治疗方法] --> B[回忆疗法]
    A --> C[娱乐活动]
    B --> B1[记忆盒或回忆舱]
    C --> C1[音乐]
    C --> C2[宠物]
    C --> C3[儿童互动]
    C --> C4[感官体验]
    C --> C5[外出活动]

6. 虚拟现实在痴呆症治疗中的应用探索

6.1 虚拟现实治疗痴呆症的潜力

虚拟现实技术为痴呆症治疗带来了新的可能性。它可以创造出沉浸式的环境，让患者仿佛置身于不同的场景中，从而刺激他们的感官和记忆。与传统的回忆疗法和娱乐活动相比，VR 能够提供更加丰富和生动的体验，有助于提高患者的参与度和治疗效果。

6.2 具体应用案例

• 重现熟悉场景 ：通过 VR 技术重现患者过去熟悉的场景，如童年的街道、工作的场所等。这种场景的重现可以唤起患者的记忆，促进他们的回忆和交流。例如，让患者在虚拟的老街区中漫步，看到熟悉的建筑和人物，可能会激发他们对过去生活的回忆，引发与他人的对话。
• 模拟社交活动 ：为患者提供模拟的社交场景，帮助他们保持社交能力。对于痴呆症患者来说，社交互动的减少会加速病情的发展。在 VR 环境中，患者可以与虚拟人物进行交流、参加聚会等活动，这有助于提高他们的社交技能和自信心。

6.3 面临的挑战

• 技术适配性 ：目前的 VR 设备对于一些老年痴呆症患者来说可能存在操作困难。例如，设备的佩戴舒适度、操作的简便性等方面都需要进一步优化，以确保患者能够顺利使用。
• 内容定制化 ：不同患者的生活经历和兴趣爱好各不相同，需要为他们定制个性化的 VR 内容。这就要求开发者深入了解患者的背景信息，制作出符合他们需求的虚拟场景和活动。

7. 虚拟现实与痴呆症治疗的未来展望

7.1 技术发展趋势

• 触觉反馈的改进 ：随着触觉反馈技术的不断发展，未来的 VR 设备将能够提供更加逼真的触觉体验。在痴呆症治疗中，患者可以通过触摸虚拟物体来感受不同的质地和温度，进一步增强沉浸感和治疗效果。
• 远程治疗的实现 ：结合远程呈现技术，医生可以远程指导患者进行 VR 治疗。这将大大提高治疗的便利性，尤其是对于那些行动不便的患者。医生可以实时观察患者的反应，调整治疗方案。

7.2 社会影响

• 提高公众认知 ：虚拟现实在痴呆症治疗中的应用将有助于提高公众对痴呆症的认识和关注。通过展示 VR 治疗的效果和优势，可以让更多的人了解痴呆症的现状和挑战，从而促使社会加大对痴呆症研究和治疗的投入。
• 改善患者生活质量 ：最终，虚拟现实技术有望改善痴呆症患者的生活质量，减轻他们和家庭的负担。患者可以在虚拟世界中获得更多的乐趣和满足感，增强自信心和自我认同感。

以下是虚拟现实在痴呆症治疗中的应用优势和挑战的表格：
|类别|详情|
| ---- | ---- |
|优势|创造沉浸式环境，刺激感官和记忆；提供丰富生动体验，提高参与度；重现熟悉场景，促进回忆交流；模拟社交活动，保持社交能力|
|挑战|技术适配性差，操作困难；内容定制化需求高|

以下是虚拟现实在痴呆症治疗中的发展路径 mermaid 流程图：

graph LR
    A[当前应用] --> B[技术发展]
    B --> B1[触觉反馈改进]
    B --> B2[远程治疗实现]
    B --> C[社会影响]
    C --> C1[提高公众认知]
    C --> C2[改善患者生活质量]

综上所述，虚拟现实技术在医疗和痴呆症治疗领域具有广阔的应用前景。虽然目前还面临一些挑战，但随着技术的不断进步和社会的关注，相信未来它将为医疗行业和痴呆症患者带来更多的福祉。我们期待更多的研究和实践，推动虚拟现实技术在这些领域的深入应用。