На прошедшей в Минске второй международной научно-практической конференции «Инновационные технологии спортивной медицины и реабилитологии» доктор мед. наук, невролог Ирина Марьенко представила инновационную разработку — платформу VIRLEKI (vir — виртуальные, leki — лекарства по-белорусски).
С помощью виртуальной реальности (VR) можно не только эффективно диагностировать нарушения равновесия, но и проводить реабилитацию.
Виртуальная реальность в медицине
Уже несколько лет VR-технологии активно используются для диагностики и лечения пациентов в крупных медицинских и научно-исследовательских центрах США, Германии, Великобритании, Южной Кореи, Швейцарии и Израиля. В белорусской медицине подобные инновации пока можно пересчитать по пальцам.
Идея использовать технологию виртуальной среды в неврологии появилась в 2018 году. Инициатором проекта VIRLEKI стала ведущий научный сотрудник неврологического отдела РНПЦ неврологии и нейрохирургии, кандидат мед. наук Ирина Марьенко. Ее поддержали заведующий неврологическим отделом РНПЦ неврологии и нейрохирургии, профессор Сергей Лихачев и научный сотрудник неврологического отдела, инструктор-методист физической реабилитации Мария Можейко. К команде научных сотрудников присоединились талантливые технические разработчики из игровой индустрии под руководством Михаила Юрченко и Никиты Суша.
VIRLEKI — инновационная платформа, включающая в себя в настоящее время следующие направления: диагностику нарушений вестибулярной функции, терапевтические игровые механики для коррекции и восстановления нарушений равновесия и устойчивости, уменьшения боли и научно-исследовательскую часть.
Ирина Павловна, приступая к работе над проектом почти 4 года назад, какую цель вы ставили перед собой?
— Найти альтернативу существующим дорогостоящим методам диагностики состояния функции равновесия, в частности головокружения. В настоящее время основным диагностическим инструментом при оценке функционального состояния равновесия является стабилометрия. Используется либо стабилометрическая, либо пододинамометрическая платформа. Есть и более сложные методы исследования равновесия и постуральной функции — видеопостурография, видеоанализ движений с использованием дорогостоящего оборудования.
Использование VR-технологий представляется перспективным и доступным методом диагностики. Виртуальная реальность — это сгенерированная с помощью анимационных компьютерных программ и отображаемая на экране окружающая среда, внешнее пространство, максимально приближенное к действительному.
Для VR-диагностики и VR-реабилитации необходимы лишь компьютер с программой, VR-очки, 2 датчика на стенах, которые задают определенные параметры виртуальной среды, и 3 трекера, считывающие положение тела пациента в пространстве.
Как это работает?
— Пациент встает на точку в устойчивую позицию. На его теле устанавливаются 3 трекера — в ногах, на животе, на голове. Через эти точки программа выстраивает постуральную ось. Надев VR-очки, пациент попадает в виртуальное пространство, максимально приближенное к действительному. Он перемещается, манипулирует с виртуальными предметами, выполняет определенные задания.
При движениях тела программа оценивает скорость передвижения постуральной оси в виртуальном пространстве и широту колебательных движений тела. Далее на основании математического расчета она выдает заключение о наличии либо отсутствии функциональных нарушений равновесия.
Звучит очень просто. А вообще поражения вестибулярной системы легко диагностируются?
— Напротив. Пациенты попадают к нам не в острый период заболевания, а когда симптомы выраженного головокружения уже купированы. В этом и сложность при установлении диагноза и выборе метода лечения.
Диагностические критерии вариантов головокружения основаны на субъективном описании пациентами своих переживаний данного состояния. Объективным параметром острого расстройства могут служить спонтанный нистагм и рвота. Но это мы видим редко. Чаще пациенты рассказывают о том, что у них прыгают мушки перед глазами, все плывет, земля уходит из-под ног, шумит в ушах… Они жалуются, а при неврологическом осмотре ничего не видно. Однако по их описаниям можно заподозрить разные уровни поражения вестибулярного анализатора, а также других органов и систем. Головокружение входит в симптомокомплекс многих заболеваний.
В виртуальной среде пациенты могут моделировать вращение предметов, точнее описать характер своего головокружения — с какой скоростью оно развивается, какое направление имеет. В остром периоде, например, направлено как раз в пораженную сторону. Установление этого параметра позволяет врачу подобрать наиболее эффективную тактику лечения периферического вестибулярного синдрома, например, доброкачественного позиционного головокружения. В то же время пациенты с несистемным головокружением в виртуальном пространстве могут сказать, что у них нет таких симптомов. И это тоже поможет врачу.
В виртуальной среде можно провести ряд информативных тестов, чтобы узнать, что стало причиной пароксизма неделю и даже месяц назад. Причем безопасно для пациента. При погружении в виртуальную среду пациенты ни разу не отмечали симптомов укачивания, тошноты либо рвоты.
Безусловно, сейчас при проведении диагностики мы не ограничиваемся только платформой VIRLEKI. Используем и стабилографию, и аппаратную вестибулометрию. Все делаем в комплексе. Не вместо, а вместе для определения стратегии замещения нарушений равновесия и потенциально обратимых звеньев патогенеза, которые могут поддаваться различным методам терапевтической коррекции.
Программа сама просчитывает полученные с трекеров данные и выдает результат. Какой способ оценки состояния функции равновесия используется?
— Для начала мы разработали способ оценки функции равновесия в среде VR. Определили точку отсчета — показатели устойчивого равновесия, проще говоря, норму здорового человека. Исследования эффективности разработанной оценки равновесия проводились совместно с РНПЦ спорта и группой из 39 спортсменов. В результате математической оценки показателей средней скорости передвижения постуральной оси и площади опорного контура испытуемого в виртуальной среде выделились два основных показателя устойчивого равновесия — коэффициенты S и K.
В дальнейшем при тестировании пациентов с координаторными нарушениями программа сравнивает показания пациента с уровнем нормы и выдает свой вердикт.
Результаты VR-диагностики одной и той же группы пациентов мы также сравнивали с результатами классической стабилографии. Они друг другу не противоречили, что подтверждает сведения проведенных ранее исследований, доказывающих, что параметры движения, выполняемого в реальном пространстве, не сильно отличаются от регистрируемых в виртуальной среде.
Про диагностику понятно. А как виртуальная среда может помочь в реабилитации пациентов с неврологическими проблемами?
— Во всем мире VR-технологии активно входят в программы реабилитации пациентов по многим направлениям. Это недорогой, удобный для использования продукт, который можно применить не только в лечебных учреждениях, но и дома. Все необходимое оборудование покупается в компьютерном магазине. Дело только за программой виртуальной тренировки. Ее составляет врач.
Сейчас мы чаще всего проводим занятия для пациентов с проблемами устойчивости.
Реабилитация построена на том, что пациент тренирует равновесие, изменяя положение собственного тела в виртуальной среде. Он воспринимает себя как аватара и решает специально подобранные задачи.
Это мультимодальный тренажер: нужно не только перемещаться, но и оценивать ситуацию, вовремя принимать решения и реагировать на предложенные стимулы. Можно сказать, что нахождение в этой виртуальной среде опосредованно влияет и на когнитивные функции.
Каков механизм тренировки равновесия?
— Нарушение равновесия бывает нескольких видов. Есть нарушения после перенесенного острого периферического вестибулярного синдрома. Например, пароксизм болезни Меньера, пароксизм доброкачественного позиционного головокружения, пароксизм вестибулярного нейронита. Тогда одна из функций лабиринтов резко понижается, вызывается вестибулярная асимметрия. Цель тренировки — восстановить это равновесие, заставить пораженный лабиринт работать за счет адекватной подачи на него множества различных стимулов и формирования новых функциональных связей в структурах ЦНС.
Вторая группа пациентов, с которыми мы работаем, имеет патологии ЦНС, например, рассеянный склероз. Это хроническое прогрессирующее заболевание, и дефект, который формируется, к сожалению, может усугубляться. Задача реабилитации — адаптировать пациента к сформировавшемуся нарушению равновесия, выработать правильную двигательную стратегию, облегчающую передвижения в быту, самообслуживание, и дать человеку возможность выходить в социум. Поэтому здесь цель — помочь нервной системе поддерживать равновесие за счет формирования новых функциональных связей, в основе которых лежат механизмы замещения утраченной вестибулярной функции другими сенсорными системами, основными из них являются стратегии зрительного и проприоцептивного замещения. Рядом исследований установлено, что мотивация, интенсивная тренировка и научение действуют параллельно процессам реорганизации структур головного мозга и улучшают результаты реабилитации.
Виртуальная реальность — это прежде всего игра. Как относятся пациенты к идее игровой реабилитации?
— Несмотря на всю, казалось бы, несерьезность использования игр в реабилитации, данный метод основан на фундаментальных механизмах физиологии движения.
Для того чтобы восстановление функций происходило успешно и в минимальные сроки, реабилитация должна отвечать нескольким требованиям.
- Во-первых, пациенту необходимо тренироваться в среде, максимально приближенной к реальной.
- Во-вторых, поскольку обучение выполнению движений в основном происходит путем проб и ошибок, пациент должен иметь возможность осознать свои ошибки, чтобы затем успешно корректировать выполнение движения.
- В-третьих, пациент должен хотеть быть активно вовлеченным в процесс. Доказано, что мотивация, увлеченность пациента самим процессом реабилитации улучшает процессы нейропластичности, а это в свою очередь быстрее восстанавливает утраченные функции.
Нашим пациентам, даже самым возрастным, очень нравится находиться в виртуальной среде — нравятся и сами аватары, которыми они управляют, и «декорации», в которые они попадают. Процесс тренировки в виртуальной среде проходит с улыбкой.
Курс составляет около 8–10 тренировок в условиях лечебного учреждения. Пациенту уже знакомы условия, он с каждым разом старается еще быстрее, увереннее решить игровую задачу, по-другому реагируя.
По словам нашего инструктора-методиста физической реабилитации Марии Можейко, есть категория пациентов, у которых при традиционной реабилитации отсутствует мотивация. А здесь, в игровом виртуальном пространстве, она появляется. В этом мы видим большую ценность методики.
Как еще виртуальная среда способна помочь пациентам с неврологическими заболеваниями?
— Исследования наших зарубежных коллег доказывают, что виртуальная реальность способна облегчить болевой синдром. Описан, например, такой способ реабилитации пациента с болевым синдромом в ожоговом отделении: в виртуальной реальности ему «бросают» на пораженные участки кожи снежки. Зафиксировано, что болевой синдром при этом снижается.
Эффект объясняется переключением внимания человека от болезненных телесных ощущений на стимулы виртуальной среды, реагированием на их воздействие естественным образом, снижением мыслей о боли, тем самым снижением и болевых ощущений. Мозг получает возможность разорвать патологический круг формирования нейропатической боли.
Мы подтвердили эти выводы собственными исследованиями совместно с коллегами из ГомГМУ. Так, на кафедре неврологии и нейрохирургии с курсами медицинской реабилитации, психиатрии и ФПКиП под руководством Натальи Усовой было проведено пилотное исследование воздействия релаксирующей виртуальной среды у пациентов с постинсультной болью на раннем восстановительном этапе после инфаркта головного мозга.
В одной группе пациентов для коррекции постинсультной боли дополнительно проводилась тренировка с погружением в виртуальную среду — «медитацию» разработанной нами программы «Виртуальная среда здоровья». Использовалась методика релаксации. Для пациентов была создана умиротворяющая картинка красивого природного ландшафта, где дул ветерок, звучала спокойная музыка. «Медитация» длилась 20 минут. Курс тренировок включал 7–10 сеансов.
Он шел в дополнение к традиционной лекарственной терапии и методикам физической реабилитации.
Интенсивность постинсультной боли до и после лечения оценивалась с помощью визуальной аналоговой шкалы (ВАШ), ее нейропатический компотент анализировался с помощью опросника DN4.
В динамике наблюдалось уменьшение интенсивности боли у пациентов, получавших стандартную медицинскую реабилитацию, и у пациентов, прошедших погружение в среду VR (p<0,02). Однако после ранней стационарной медицинской реабилитации, включающей курс тренировок в VR, интенсивность боли по ВАШ составила 3,0 [2,0;5,0] балла, а в группе сравнения — 4,0 [3,0;7,0] балла и имела тенденцию к значимому различию (p=0,055, U=53; Z=1,9).
Мы убедились, что виртуальная среда может стать помощником в борьбе с болью. И если с ее помощью удастся сократить дозировку анальгетиков, которые принимает пациент, облегчить процесс восстановления утраченных функций, то это будет замечательно.
Еще раз подчеркну, что этот метод нельзя назвать полноценной альтернативой используемым сейчас методам медицинской реабилитации. Скорее эффективным дополнением к традиционной реабилитации. Но у него большие перспективы. Проект будет и дальше развиваться и решать многочисленные задачи.
Я вижу как минимум 5 больших сфер применения нашего «виртуального реабилитолога»: стационар, спорт, восстановительная медицина, санаторно-курортное лечение, домашнее использование.
Остаются ли VIRLEKI научной разработкой для внутреннего пользования в РНПЦ неврологии и нейрохирургии или уже готовы к выходу «в люди»?
— Полностью готовы. Еще раз напомню, что наша разработка — это не оборудование, а программа. Она зарегистрирована в центре интеллектуальной собственности, есть патент на разработку № 23088 «Способ определения функции равновесия в среде виртуальной реальности».
Сейчас наш «виртуальный реабилитолог» работает не только у нас в центре, но и в ГомГМУ, и в Полесском ГУ. Надеюсь, полученные научные результаты позволят этой инновационной технологии стать доступной в каждом лечебном учреждении республики, где есть отделение восстановительного лечения.
Платформа VIRLEKI удобна в использовании, не требует больших площадей (достаточно пространства кабинета). Врач оценивает нарушения функции, выстраивает программу индивидуальной реабилитации в среде VR, осуществляет контроль динамики восстановления, а далее вполне справится инструктор физической реабилитации. Мы в РНПЦ неврологии и нейрохирургии готовы обучить специалистов для работы с виртуальной средой. И открыты к сотрудничеству!
