虛擬現實技術在重癥監護室睡眠障礙病人中的應用進展

遲嘉婧，高 曉，于萬慧，劉佳欣，湯俊杰，張歆睿，楊麗娟

睡眠障礙是指夜間睡眠在數量和質量方面的感知或實際變化，以及隨之帶來的白天疲乏無力及精力不足等癥狀[1]。重癥監護室(ICU)環境特殊，病人病情相對危重復雜，因受光線、噪聲、護理操作等不良因素的刺激，ICU病人入睡困難、睡眠碎片化、睡眠效率低下等問題日益突出。研究表明有28%～61%的ICU病人存在睡眠障礙[2]，不僅會影響病人本身疾病的康復及痊愈，而且容易誘發譫妄、神經認知障礙等并發癥[3]。因此，開拓一種對病人更為有利的治療手段成為目前臨床迫切需要解決的問題。虛擬現實(virtual reality,VR)技術是一種在互聯網環境下由計算機產生特定的畫面及聲音,使病人沉浸于虛擬的環境中并且可以與其進行互動的新興技術[4]。近些年，該技術用于ICU睡眠障礙病人的治療成為越來越多國外學者研究的熱點問題，開始在國外ICU病房投入使用[5-6]，其打破傳統療法的束縛，展現出獨特的優勢和較好的發展前景[7]。據此，本文主要對虛擬現實技術的概述、虛擬現實技術在ICU睡眠障礙病人中應用和效果以及存在的問題進行綜述，根據現存的問題提出相應的對策及展望，以期為我國ICU睡眠障礙病人的臨床護理提供依據。

1 虛擬現實技術的概述

虛擬現實技術以計算機為依托，將圖形學、傳感器、人工智能技術及人機接口技術相融合，使體驗者處于設定的環境中，并可與虛擬的世界進行交互，真實體驗視覺、聽覺、觸覺等多種感受[8]，創造一種適宜睡眠的安靜環境，可改善病人睡眠質量。目前該技術最常見的分類方法是根據沉浸程度不同分為沉浸式、桌面式、增強式和分布式4類系統[9]，針對ICU病人主要考慮沉浸式系統，其包括VR頭戴式系統和VR康復訓練系統[10]。另外，虛擬現實技術具有沉浸感、交互性及構想性3個特征[11]，沉浸感是指體驗者完全沉浸于特定的虛擬環境中，可以真切地感受其看到的畫面、聽到的聲音、聞到的氣味等，仿佛置身其中，這也是VR技術最核心的特征；交互性在人機和諧方面是非常關鍵的，表現為體驗者可以通過一系列操作與虛擬環境中的物體進行互動，在自身發出動作的同時可以得到虛擬環境的回應；構想性是指體驗者在使用的過程中會加深對已認知事物的感性及理性認識，使其展開新的想象，激發體驗者創造性思維。目前，隨著計算機和人工智能等技術的迅速發展，VR技術已拓展到生活的各個領域，在醫學領域的延伸已體現在康復治療[12]、教學實踐[13]、解決認知障礙[14]等方面。對于ICU病人睡眠障礙問題，VR技術可通過三維仿真技術，營造出一個具有舒緩音樂、柔和畫面的虛擬環境，使病人可忽略外界環境的干擾。有研究發現，為病人提供具有催眠作用的聲音，如安靜的音樂可以降低心率和呼吸頻率，從而有助于改善睡眠，與以往傳統方法相比，具有顯著優勢[15]。

2 虛擬現實技術在ICU睡眠障礙病人中的應用

2.1 適用對象及時間 虛擬現實技術主要適用于呼吸[16]、循環[17]等內科急危重癥以及心臟手術[18]、惡性腫瘤[19]等外科重大手術術后清醒的、生命體征平穩的成年ICU病人；對于存在頭面部及顱腦損傷的病人，鎮靜程度評估表(Richmond Agitation Sedation Scale,RASS)評分<-1分，存在視聽障礙以及出現譫妄、躁動等認知精神障礙無法配合VR設備正常使用的病人應排除在外[19]。自ICU病人第一次出現睡眠障礙后即可開始應用，以盡早緩解病人不適癥狀。

2.2 應用方法 應用前由醫護人員向病人本人或家屬詳細介紹VR設備的使用方法、作用及可能出現的問題，簽署知情同意書，并提前檢查VR設備的性能及完整性，確保治療順利進行；應用過程中由醫護人員和專業技術人員根據病人的病情設置具體的模式，并為病人佩戴 VR 頭盔顯示屏，播放輕而柔和的音樂，助眠的話語，呈現令人放松的戶外場景，如海浪沙灘、山谷森林、花園草坪等，病人也可根據自己的喜好進行選定，全程伴隨輕柔溫和的聲音為引導[20]，給予病人多種感官體驗，在此期間病人可進行實時反饋，實現與虛擬環境的交互，幫助病人提高睡眠質量，更快地進入睡眠。病人入睡后30 min可由護理人員幫忙取下并詳細記錄保存各種數據信息；使用完成后護理人員應及時了解病人的使用感受并進行記錄反饋[19]。

2.3 應用系統

2.3.1 基于頭戴式系統 目前常見的頭戴式系統有HTC Vive、三星Gear VR系統等，其主要組成部分包括頭戴式顯示器、中心處理器及交互設備[19]。該系統利用VR頭戴式顯示器傳輸虛擬的畫面及設定的聲音，可突破二維的矩形邊框，實現3D立體環繞及頭部跟蹤，使病人真實感受沙灘、平原等自然景觀，聆聽舒緩的音樂、輕柔的話語，將病人完全封閉在一個虛擬的環境中，享受視覺、聽覺、觸覺等多種感官體驗，并可通過三維鼠標、數據手套等實現交互，具有高度沉浸性、極強的交互性和參與感，病人不會受到外界光線、噪聲的干擾，完全沉浸在特定的環境中，可以更好地進入睡眠，緩解病人的焦慮心情及不適癥狀。頭戴式系統按照VR硬件形態可分外接式頭顯設備、移動端頭顯設備、一體機頭顯設備3種[21]。外接式頭顯設備又稱PC端頭顯設備，以計算機為依托，病人可通過獨立顯示屏獲取畫面，而缺點是費用過高；移動端頭顯設備是將手機放置于頭戴式設備中作為顯示屏，可隨時調節觀看位置，靈活方便且價格相對低廉，目前臨床應用較為廣泛；一體機頭顯設備具有獨立的處理器及輸入和輸出裝備，具有高度的沉浸感，完全不受空間及外部條件的約束，是最高級的一種類型，但由于該類型研發成本相對過高，目前暫未投入臨床使用。

2.3.2 基于睡眠輔助系統 睡眠輔助系統是由Huang等學者提出的一種新型沉浸式VR系統，該系統在原有頭戴式系統的基礎上進行升級，結合單通道腦電圖(EEG)睡眠階段分類算法，由睡眠盒(計算終端)、輕型虛擬現實眼鏡(HMD)、數據采集服務器和基于機器學習技術的分類算法組成，整合了VR和多媒體技術，可有效改善睡眠[15]。新型的輕量級神經反饋虛擬現實頭盔，成功克服可穿戴問題，帶有電極貼片的特定電路用于捕獲EEG信號，然后通過睡眠盒將數據實時傳輸至物聯網服務云，后臺可在線計算包括睡眠階段預測在內的所有與睡眠相關的參數。該研究表明，90名參與者被邀請在3個不同的系統上測試3D VR、2D視頻和音樂，結果顯示，該技術的效果優于現有方法，未來可更好地幫助ICU病人提高睡眠質量[15]。

3 虛擬現實技術對ICU睡眠障礙病人的應用效果

3.1 虛擬現實技術的應用可緩解ICU睡眠障礙病人負性情緒，縮短病人入睡時間 ICU病人病情相對危重，對自身疾病的擔憂及高昂的住院費用均會給病人帶來焦慮、抑郁等負性情緒[22]。研究表明，80%的ICU意識清醒病人都會伴隨負面情緒,導致睡眠障礙的發生,入睡困難成為ICU病人的主要問題之一[23-24]。Jawed等[25]招募了15例ICU病人進行VR技術的體驗，向其展示放松的海灘場景，并使用評分量表對其經歷進行評估，結果顯示71%病人的焦慮情緒在VR體驗中得到了改善。Blair等[26]對1例行體外氧合膜肺治療的ICU病人進行VR干預，結果同樣顯示病人的焦慮、抑郁等負性情緒得到了減輕。VR技術可直接或間接地通過緩解負性情緒幫助ICU病人解決入睡困難的問題，這一點在既往的研究[27]中也得到了證實，通過分散病人注意力，使其沉浸在虛擬的放松現實環境中，這種虛擬環境可以減緩病人的負性情緒，降低病人睡眠的心率，縮短病人入睡時間，從而在心理和生理水平上共同促進睡眠。總的來說，虛擬現實技術在縮短ICU睡眠障礙病人入睡時間方面展示出了較好的成效，該技術有望成為ICU病房促進睡眠的臨床工具，旨在幫助ICU病人克服入睡困難。

3.2 虛擬現實技術的應用可減輕睡眠障礙病人軀體疼痛，減少睡眠中斷 引起ICU睡眠障礙病人睡眠中斷的原因不僅包括翻身、吸痰等護理操作，軀體疼痛也是導致病人睡眠中斷的重要因素[28-29]，并且ICU病房出現疼痛癥狀的病人占50%～70%[30]。有研究指出，病人疼痛癥狀的減輕，可減少85%睡眠中斷的發生，主觀睡眠質量明顯提高[31]。有研究報道，67例心臟外科術后的ICU病人在接受專為疼痛設計的30 min VR模擬后，呼吸頻率、平均動脈壓和心率均降低，通過分析比較生命體征的變化及與調查量表的聯系，結果表明病人疼痛程度得到有效減輕[32]。另外，Hoffman等[33]在一項6～17歲嚴重燒傷的ICU病人的研究中，給予48例患兒新型便攜式VR設備干預，并使用圖形評級量表評估干預前后疼痛的變化，結果顯示，患兒疼痛評分顯著降低，從而有利于減少睡眠中斷的發生，縮短睡眠碎片化時間。從目前的研究來看，虛擬現實技術能夠有效減少病人夜間覺醒次數及睡眠中斷的發生，可以成為解決ICU病人睡眠障礙的一種新的療法，為醫護人員提供新的治療思路。

3.3 虛擬現實技術的應用可延長病人深度睡眠時間，提高病人睡眠效率 減少淺睡眠、延長深度睡眠時間，提高睡眠效率對ICU病人身體機能的康復及病情的好轉具有重要意義[34]。Lee等[5]采用隨機對照試驗的方法，將48例ICU病人隨機分成試驗組和對照組各24例，試驗組病人在入院當天的晚上，使用頭戴式虛擬現實顯示器進行30 min的冥想，對照組沒有進行干預，主要觀察指標為睡眠量表和活動跟蹤器。通過一款可穿戴腕帶FitBit，整合病人的運動和心率數據來評估病人30 s的睡眠時間，可提供睡眠階段數據，包括睡眠總時間、淺睡眠、深度睡眠時間等。結果顯示，試驗組的主觀睡眠質量明顯高于對照組，且試驗組病人清醒時間較短，深度睡眠時間較長，睡眠效率顯著高于對照組。由此可見，虛擬現實技術可以顯著增加病人深度睡眠時間、提高睡眠效率，為ICU病人病情痊愈及身體康復提供有力保障。

3.4 形成良性循環，加速病人康復 虛擬現實技術通過制造沉浸式的三維體驗，使病人完全擺脫外界環境的干擾，在虛擬環境的引導下，安心地進入睡眠，縮短了病人的入睡時間、減少了睡眠中斷、提高了睡眠效率及睡眠質量，有效地解決了ICU病人的睡眠障礙問題。另外，有研究表明保證ICU病人的優質睡眠也可以在一定程度上幫助病人緩解不良情緒、減輕身體疼痛、減少安眠及鎮痛藥物的使用，避免副作用的發生，有利于身體進一步恢復，而病人病情的好轉也會在一定程度上促進睡眠，從而形成良性循環，加速病人康復，縮短住院時間，提示醫護人員下一步可以考慮將VR技術作為解決ICU病人睡眠問題的臨床治療工具[6]。

4 虛擬現實技術在ICU睡眠障礙病人應用中存在的問題及對策

4.1 可能存在不良反應 虛擬現實技術能夠給病人帶來逼真的虛擬體驗，但由于虛擬動畫和移動虛擬場景的變換，頭痛、眩暈、方向障礙等不良反應也可能隨之而來，稱為視覺誘導暈動癥(visually induced motion sickness,VIMS)，也是VR技術目前最常見的不良反應之一[35-36]。因此，在使用VR設備前建議醫護人員可通過視覺暈動敏感性問卷(Motion Sickness Susceptibility Questionnaire,MSSQ)[37]等對ICU病人進行評估，以減少不良反應的發生；在使用過程中時刻關注病人的舒適度，提前做好應急預案，一旦出現任何不適應及時中止干預，以防加重病人病情或出現新的問題。另外，使用時由于眼睛距離屏幕非常近，可能會使部分病人產生近視、眼部的不適及疲勞感[38]，但目前VR頭戴式系統尚未出現非眼鏡設備可以替代，未來仍需要進行進一步的突破。

4.2 缺乏統一的實施規范及評價標準 目前，虛擬現實技術針對ICU不同病情睡眠障礙病人的干預時長和干預方案的選擇主要取決于病人的個人主觀體驗，尚缺乏統一的規范及實施標準[39]。另外，對于病人使用后效果的長期隨訪研究仍存在空白，無法形成統一的評價標準。未來有必要探索適用于ICU不同病情的睡眠障礙病人干預時長及干預方案的高質量研究，并進行追蹤隨訪，以形成規范的實施和效果評價體系。

4.3 研發技術尚不成熟 虛擬現實技術在ICU病人中的投入與應用處于初級階段，對病人睡眠的干預主要針對清醒病人，而對無意識及深度昏迷病人的改善作用有待進一步探究。此外，目前VR技術的研發水平還有很大的提升空間，存在計算機占地面積大、系統操作復雜等問題[11]，ICU病人由于受疾病的限制，操作系統過于復雜，實施存在一定的困難，并且可能會加重護理人員的工作負擔。這提示虛擬現實技術的研發可考慮多學科協作，充分考慮醫護人員等各方建議，對現存的虛擬現實頭戴式系統進行升級，為虛擬現實技術在ICU睡眠障礙病人中的應用提供進一步的支持。

4.4 成本相對過高 虛擬現實技術由于設備先進，為能夠給病人帶來更加真實的體驗，開發和使用維護成本相對過高，尤其對于ICU病人來說，在本身疾病費用的基礎上，更加加重了家庭的經濟負擔。因此，這項技術的進一步推廣與發展需要得到政府及社會的大力支持，政府可設立相應的專項基金，扶持VR技術在臨床的投入，并可考慮將虛擬現實技術的使用納入醫保范圍。另外，研發部門也可通過降低生產成本減少病人費用的支出，減輕病人家庭壓力。

5 展望

虛擬現實技術是幫助ICU病人解決睡眠障礙問題的新型技術，在原有干預的基礎上對治療ICU病人睡眠障礙方面有了新的突破，主要在入睡時間、睡眠中斷、深度睡眠時長、睡眠效率等方面上顯示出了積極作用，但仍有研究表明沒有證據支持VR技術對睡眠問題具有顯著影響，因此，該技術的拓展與應用仍需進行進一步探究[40]。另外，虛擬現實技術在國內ICU病人中的應用雖處于初始階段，但其對ICU睡眠障礙病人的治療效果已顯示出巨大潛力，未來需開展大樣本、多中心的研究試驗進行驗證，并且進一步注重其耐受性和普適性的發展，以期為我國ICU睡眠障礙病人的臨床治療提供更多的參考依據。