Технология виртуальной реальности в медицинской реабилитации больных с ишемическим инсультом

Средняя продолжительность жизни в течение последнего столетия значительно возросла благодаря развитию современной медицины. Изменилась структура причин смертности, и в настоящий момент ведущей причиной являются сердечно-сосудистые заболевания, среди которых лидируют ишемическая болезнь сердца (ИБС) и острое нарушение мозгового кровообращения (ОНМК). Однако если клинические симптомы при ИБС, как правило, развиваются постепенно и позволяют пациенту скорректировать модифицируемые факторы риска, то инсульт возникает чаще всего внезапно, разделяя жизнь на «до и после». Инсульт также остается и главной причиной первичной инвалидизации населения во всем мире. Так, по результатам систематического анализа данных, полученных за период с 1990 по 2019 г., абсолютное число инсультов увеличилось на 70%, а распространенность и смертность — на 85 и 43% соответственно. При этом стандартизованные по возрасту показатели демонстрируют противоположную динамику: заболеваемость уменьшилась на 17%, распространенность — на 6%, а смертность — на 36%. В Российской Федерации ежегодно регистрируется 400—450 тыс. инсультов, причем в течение первого года погибают 150 тыс. человек (30% от этого числа — люди трудоспособного возраста), и только 15—20% пациентов, перенесших инсульт, возвращаются к трудовой деятельности. По данным ряда авторов, ишемический инсульт встречается в 4—6 раз чаще геморрагического, чем обусловлена его бо́льшая социальная значимость [1].

Реабилитация пациентов с инсультом — сложная и многогранная проблема. В зависимости от локализации ишемического очага инсульт может проявляться широким спектром двигательных, чувствительных, когнитивных, аффективных и многих других нарушений. Коррекция этих нарушений требует мультидисциплинарного подхода и индивидуального подбора реабилитационных мероприятий, так как степень инвалидизации пациента зависит не только от выраженности симптомов, но и от предшествующей инсульту активности пациента. Умеренные речевые нарушения у профессионального лектора приведут к стойкой потере трудоспособности, в то время как легкий гемипарез не послужит причиной значительной инвалидизации. Для пациента, чья профессиональная деятельность связана с тонкими и четко координированными движениями, например, пианиста, ситуация будет противоположной.

С течением времени и развитием науки и технологий медицинская реабилитация получила обширный набор инструментов и методик для коррекций неврологического дефицита вследствие перенесенного инсульта. Наиболее современными и перспективными из них являются роботизированная механотерапия, в том числе и экзоскелеты, технологии с биологической обратной связью (БОС), а также технологии виртуальной реальности (ВР). Несмотря на значительные успехи в разработке новых методик, базисом медицинской реабилитации при инсульте остаются лечебная физкультура (ЛФК) и физиотерапевтическое лечение, в связи с чем наиболее перспективным направлением представляется комплексное использование традиционных методов реабилитации и инновационных технологий.

Одним из активно развивающихся направлений в восстановлении нарушенных функций является использование ВР. Термин «виртуальная реальность» появился в 1987 г. и был введен в обиход Д. Ланье, который основал компанию VPL Research, запустившую в производство очки и перчатки ВР. За последующие 30 лет технология ВР прошла путь от простейших статических фигур в изолированной среде до иммерсивного фотореалистичного окружения, изменяющегося в зависимости от действий пользователя.

На заре развития технологии под ВР в медицине подразумевалось любое сгенерированное компьютером изображение, с которым мог бы себя отождествлять пациент, взаимодействующий с программой. Однако в настоящее время под ВР понимают совокупность технологий, моделирующих полностью искусственное пространство и объекты в нем посредством зрительных и слуховых стимулов (хотя возможны и другие модальности) и тем самым изолирующих пользователя от настоящей реальности. Существует также некоторое количество приборов, обеспечивающих совмещение созданных искусственно и не существующих в реальности объектов с тем, что видит человек в окружающем его мире, что классифицируется как дополненная реальность. В большинстве шлемов ВР размещены два дисплея с высоким разрешением, на которые подается изображение, созданное отдельно для каждого глаза, а для обеспечения правильной аккомодации установлены линзы. Фундаментальных различий в устройстве этих приборов нет, они отличаются лишь дизайном и особенностями крепления на голове. В современных шлемах ВР качество оптической системы и разрешение дисплея позволяют получить фотореалистичное изображение. Такая категория приборов используется в первую очередь в индустрии развлечений, однако они достаточно широко применяются и для решения различных учебных и медицинских задач. Исследователи используют именно такие шлемы, разрабатывая программное обеспечение под конкретные цели.

С существующим темпом развития науки и массовым внедрением электроники применение технологии ВР представляется перспективным не только в контексте медицинской реабилитации, но и в качестве постоянного помощника, например, для шунтирования когнитивных функций, утраченных вследствие инсульта.

ВР активно используют в медицинской реабилитации и клинической психологии [2]. Так, имеются данные об эффективном применении ВР для лечения фантомных болей, но, к сожалению, только на уровне описания клинических случаев, без полноценных рандомизированных исследований [3]. Объяснение эффективности такого подхода может быть связано с изменением проекции собственного тела, как, например, в случае с «иллюзией резиновой руки» [4]. При правильно подобранных углах обзора и анатомически правильных движениях аватара, а также их синхронности и согласованности можно достигнуть полного отождествления виртуальной конечности с реальной, что позволяет добиться клинического эффекта. Такой подход может быть использован и у пациентов с разными формами постинсультной апраксии.

J. Held и соавт. (2020) [5] описали клинический эффект применения очков дополненной реальности HoloLens 2 в восстановлении правильного паттерна движений у пациента с нарушением ходьбы после перенесенного инсульта. Исследователи применяли технологии дополненной реальности и захвата движений. Благодаря сенсорам, установленным в области таза и обеих нижних конечностей, у пациента появлялась возможность самостоятельно корректировать движения в режиме реального времени. В качестве дополнения к реальности использовали виртуальные препятствия. После курса тренировок у пациентов были отмечены значимые изменения в паттерне движений — адаптация походки к виртуальным препятствиям, увеличение угла сгибания колен (скорость ходьбы не менялась). Однако, как отмечают сами авторы, система находится на стадии прототипирования и требует доработки.

По данным нескольких метаанализов [6—8], тренировки в ВР в комплексе с традиционными методами лечебной физкультуры оказались более эффективны при сравнении с группой контроля. Лучших результатов удавалось добиться в случаях применения специализированных программ тренировок, направленных на строго определенные движения. Исследования проводились спустя некоторое время после инсульта, в сроки от одного месяца до нескольких лет.

В клинических рекомендациях по лечению и реабилитации пациентов после ишемического инсульта и транзиторной ишемической атаки Минздрава России от 2021 г. [9] определены показания для применения ВР у пациентов в восстановительном периоде ишемического инсульта с легкой или умеренной степенью пареза верхней конечности, а также с целью повышения эффективности реабилитационных занятий у пациентов, имеющих нарушения функции ходьбы (уровень убедительности рекомендаций B). Также рекомендуются занятия на стабилоплатформе и тренировка баланса с использованием ВР (уровень убедительности рекомендаций A). Для пациентов с нарушением зрительно-пространственных функций показано применение мультимодальной пространственной тренировки, в том числе и ВР (уровень убедительности рекомендаций C).

Кроме того, технологии ВР широко применяются в качестве дополнения к другим высокотехнологичным методикам. Проведенный метаанализ 30 исследований [10] показал, что комплексное использование ВР и экзоскелета улучшает конечный результат реабилитации. Традиционно большее внимание уделяется нарушениям движений в верхней конечности — среди 30 исследований лишь 2 посвящены коррекции нарушений ходьбы. Помимо экзоскелетов распространение получили и другие системы механотерапии, включающие ВР для коррекции нарушений движений как верхней [11], так и нижней конечности, в том числе и дистальных отделов [12].

ВР показала свою эффективность в комплексном применении с традиционными методами реабилитации, такими как ЛФК и физиотерапия, и может использоваться для повышения эффективности ЛФК как на амбулаторном этапе реабилитации, для интенсификации тренировок в отсутствии инструктора, так и на стационарном. Не рекомендуется одномоментное использование ВР и физиотерапевтических факторов, таких как магнито- и электротерапия, подразумевающих локальное воздействие электромагнитного поля на область головы и шеи. Шлемы ВР уязвимы для электромагнитного излучения, и это может представлять опасность для пациента. Возможно использование преформированных физических факторов при дистанцировании зоны воздействия от шлема. Так, результаты пилотного исследования функциональной электростимуляции верхних конечностей в сочетании с технологией ВР показали значимое улучшение двигательных функций в основной группе (20 пациентов) по сравнению с группой контроля (21 пациент) [13]. Тем не менее использование магнито- и электротерапии до или после тренировок в виртуальной среде может потенцировать их эффективность в коррекции некоторых нарушений.

В последние годы проводятся исследования комплексного применения ВР и неинвазивной стимуляции головного мозга, т.е., по сути, локальной магнито- и электротерапии (транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) и транскраниальная электрическая стимуляция (ТЭС) соответственно). Применение неинвазивной стимуляции головного мозга доказало свою эффективность по данным большого числа метаанализов. В Европейских рекомендациях по применению терапевтической ТМС для коррекции двигательного дефицита при инсульте установлен уровень доказательности A [14].

Метаанализ исследований, касающихся применения неинвазивной стимуляции головного мозга в сочетании с ВР, выявил значимое повышение эффективности реабилитации в группе пациентов со стимуляцией [15]. Систематический обзор исследований, изучающих использование неинвазивной стимуляции с ВР за период с 2010 по 2020 г. показал эффективность как ТМС, так и ТЭС в коррекции постинсультных нарушений, детского церебрального паралича, посттравматического стрессового расстройства, фобий и нейропатической боли [16].

В 2020 г. было проведено исследование сочетанного применения катодной ТЭС, ВР и роботизированной механотерапии у пациентов с парезом верхней конечности после инсульта [17]. Исследователи проводили электрическую стимуляцию в основной группе и имитацию стимуляции в контрольной — по 20 пациентов в каждой. В обеих группах пациенты проходили занятия на тренажере ВР в сочетании с роботизированной механотерапией. При применении электрической стимуляции значимо повышался эффект реабилитации, уменьшались баллы по шкалам Фугла—Мейера, АРАТ, увеличивался индекс Бартел. В то же время применение анодной ТЭС в другом исследовании, также в комплексном применении с ВР, не показало значимой эффективности [18].

Отдельно следует отметить пилотное исследование электрического воздействия на фоне ВР, проведенное M. Solca и соавт. в 2021 г. [19]. Авторами было отмечено уменьшение хронического болевого синдрома в нижних конечностях у 15 пациентов. Электрическая стимуляция спинного мозга и индивидуально смоделированная ВР, синхронизированная со стимуляцией, продемонстрировали бо́льшую эффективность, нежели стандартная несинхронизированная стимуляция и ВР по отдельности. В статье описано применение имплантируемых стимуляторов, что не является физиотерапевтическим воздействием в привычном понимании и в целом находит достаточно ограниченное применение в коррекции болевых синдромов.

Особый интерес представляет возможность использования ВР в коррекции нарушений сложных интегративных функций (ходьба), которые необходимо восстановить, при этом не только двигательную, проприоцептивную, вестибулярную функции, но и их взаимодействие между собой. Для достижения этой цели применяли разные подходы, в том числе и механическую стимуляцию подошвы для восстановления опорной афферентации [20], а в последнее время широкое распространение получили стабилоплатформы с БОС и ВР. Однако использование этих технологий не всегда возможно у пациентов с тяжелым неврологическим дефицитом или соматическими заболеваниями, не допускающими длительной вертикализации. В таких случаях возможно применение ВР с механостимуляцией нижних конечностей в качестве инициальной тренировки ходьбы, а у некоторых пациентов и для коррекции страха падений [21].

В контексте применения ВР в дополнение к традиционным методам реабилитации перспективна отечественная разработка VRDiver. Влагозащитные очки ВР на мобильной платформе с системой трекинга позволяют совмещать традиционную гидрокинезиотерапию с психологической реабилитацией, без необходимости развертывания специализированных бассейнов. Продолжаются отечественные разработки в направлении интеграции ВР и других высокотехнологичных тренажеров. В 2018 г. была представлена система Vibraint RehUp, созданная в сотрудничестве со Сколковским институтом науки и технологий. Система включает в себя роботизированный тренажер для верхней конечности, очки ВР и интерфейс «мозг—компьютер» для обеспечения БОС. Включение разных парадигм управления движением и комплексное применение современных технологий позволяют интенсифицировать реабилитационные мероприятия и добиться лучшего восстановления двигательных навыков у пациентов, перенесших инсульт.

Тем не менее у технологии ВР имеется и ряд ограничений. Наиболее серьезным из них является развитие специфического синдрома, проявляющегося вегетативными, зрительными и вестибулярными симптомами. Этот синдром получил название «кибернетическая болезнь» (или «киберболезнь») по аналогии с «морской болезнью», с которой он во многом схож по проявлениям. В обширном метаанализе нежелательных явлений при использовании ВР, проведенном в 2016 г., сделаны предположения об отличиях в их патогенезе и описаны клинические особенности [22]. Кибернетическая болезнь возникает при использовании ВР у многих людей (по разным данным, до 20% пользователей). Другим ограничивающим фактором применения ВР является проблема фокусировки, связанная с асинхронным движением глаз. Она возникает из-за того, что дисплей находится непосредственно перед глазами пользователя, а изображения на нем должны восприниматься на некотором расстоянии, причем изменяющемся в зависимости от движений объекта. То есть синхронные движения глаз сохранены, так как на оба глаза подается изображение одного и того же объекта, но аккомодации при этом не происходит, поскольку актуальное расстояние до цели не изменяется. Конфликт тем сильнее, чем ближе объект находится в среде ВР.

При более широком распространении ВР возрастает и частота травматизации. Как правило, пользователь наносит ущерб себе и окружающим предметам ввиду отсутствия возможности контролировать свое актуальное положение в реальном мире во время сессии в виртуальном пространстве. Применение ВР в медицинской реабилитации редко сопровождается травматизацией пациента, так как он, с одной стороны, находится под наблюдением медицинского персонала, а с другой — совершает достаточно стереотипные движения без необходимости резкой смены положения тела.

К настоящему времени ВР доказала свою эффективность в качестве инструмента коррекции неврологических нарушений при достаточно широком спектре нозологий. Тем не менее для расширения возможностей ее применения необходимо более четкое понимание механизмов терапевтического воздействия, а также определение методологии создания и подбора конкретных приложений в самой ВР, их правильном сочетании и построении оптимальной реабилитационной стратегии для каждого пациента. Также необходимо определение предикторов эффективности и развития нежелательных явлений у пациентов в применении данных технологий, что требует дополнительных исследований.

Финансирование:Финансирование в соответствии с Соглашением №1712-5/22 от 18.03.22 г. «О предоставлении гранта на реализацию научно-практического проекта в сфере медицины» между АНО «Московский центр инновационных технологий в здравоохранении» и ГАУЗ «Московский научно-практический центр медицинской реабилитации, восстановительной и спортивной медицины Департамента здравоохранения города Москвы».

Участие авторов: концепция и дизайн исследования — И.В. Погонченкова, Е.А. Турова, М.А. Рассулова, А.Г. Кашежев; сбор материала — Ю.В. Утегенова, Г.М. Лутохин, А.Г. Кашежев; написание текста — А.Г. Кашежев, Г.М. Лутохин, Р.И. Самохвалов; редактирование — И.В. Погонченкова, Е.А. Турова, М.А. Рассулова.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.