鞏樹(shù)偉 劉愛(ài)峰 郎 爽 靳 博

（ 1 天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨傷科，天津300381；2 天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津 301617）

疼痛是許多疾病的共同癥狀，與較為短暫的急性疼痛相比，國(guó)際疼痛學(xué)會(huì) (International Association for the Study of Pain, IASP) 將慢性疼痛定義為持續(xù)3 個(gè)月以上的疼痛[1]。當(dāng)疼痛持續(xù)一段時(shí)間后，他對(duì)身體的影響就不僅僅是原發(fā)疾病對(duì)身體的作用，而是會(huì)持續(xù)對(duì)病人的生理水平，心理水平和社交水平進(jìn)行影響[2]。為了治療慢性疼痛這一復(fù)雜綜合征，臨床中在治療病人原發(fā)病灶的同時(shí)，還應(yīng)該考慮心理和社會(huì)維度對(duì)病人的疊加作用，這使得慢性疼痛管理相對(duì)于急性疼痛而言難度更大[3]。

面對(duì)長(zhǎng)期使用鎮(zhèn)痛藥物產(chǎn)生的耐藥性以及高不良反應(yīng)的缺點(diǎn)，研制新型的鎮(zhèn)痛方法變得尤為重要。使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(virtual reality, VR)分散注意力已經(jīng)成為一種有效的治療方法來(lái)減少病人的疼痛，這種治療方法稱(chēng)為“分心療法”[4,5]。VR 除了可以分散注意力以外，還提供一個(gè)積極的，正向的心理矯正環(huán)境，從而直接或間接地作用于病人痛覺(jué)的感受[6]。因此，VR 在介導(dǎo)慢性疼痛方面有很大的潛在價(jià)值。本文匯總、歸納新型VR 鎮(zhèn)痛技術(shù)對(duì)慢性疼痛病人的治療效果，探索是否可以為臨床中治療此類(lèi)病人提供一種新的選擇。

一、歷史發(fā)展與前期探索

目前，鎮(zhèn)痛藥仍是臨床中緩解疼痛的重要治療手段，但50%以上的病人否認(rèn)處方鎮(zhèn)痛藥能達(dá)到理想的止痛效果[7]。VR 技術(shù)與疼痛醫(yī)學(xué)的結(jié)合，可使VR 技術(shù)的強(qiáng)互動(dòng)感和沉浸感將病人注意力從疼痛上部分釋放，從而減少病人感覺(jué)的疼痛程度。20世紀(jì)90 年代，虛擬現(xiàn)實(shí)與疼痛控制初步結(jié)合，華盛頓大學(xué)Hoffman 團(tuán)隊(duì)首次探索在燒傷病人治療中使用沉浸式VR來(lái)分散病人對(duì)疼痛注意力的可行性。他們的研究提供了初步證據(jù)，表明VR 可以作為一種強(qiáng)大的非藥物減緩疼痛技術(shù)，用于成人燒傷病人和其他潛在的疼痛人群的治療[8]。之后，該團(tuán)隊(duì)又研究了沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)是否可以作為一種有效的非藥物止痛劑來(lái)治療牙痛，同樣得出了有意義的結(jié)果[9]。2004 年，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對(duì)VR 技術(shù)鎮(zhèn)痛的作用機(jī)制以及該技術(shù)作用于神經(jīng)系統(tǒng)的具體分區(qū)進(jìn)行研究，該研究發(fā)現(xiàn)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)很大程度上干預(yù)了與疼痛相關(guān)的五個(gè)大腦區(qū)域的活動(dòng)，包括前扣帶皮層、雙側(cè)初級(jí)體感覺(jué)皮層、次級(jí)體感覺(jué)皮層 、島葉和丘腦，這說(shuō)明虛擬現(xiàn)實(shí)可以直接調(diào)節(jié)人腦對(duì)疼痛反應(yīng)[10]

近年來(lái)，研究者將VR 技術(shù)應(yīng)用于多種疾病過(guò)程中的慢性疼痛控制，如燒傷后、癌癥、幻肢痛、強(qiáng)直性脊柱炎、慢性神經(jīng)病理性疼痛、復(fù)雜性區(qū)域疼痛綜合征、纖維肌痛癥等，并對(duì)其進(jìn)行研究探索。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)治療慢性疼痛臨床觀察

1. VR 鎮(zhèn)痛技術(shù)在幻肢痛病人中的應(yīng)用

目前世界范圍內(nèi)肢體缺失的病人人數(shù)仍迅速增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅在非洲、亞洲和拉丁美洲就有3000萬(wàn)人需要安裝假肢、矯形器等輔助工具[11]。同時(shí)截肢會(huì)帶來(lái)諸多不良反應(yīng)，其中包括被截去肢體后遺的疼痛感，即病人感到被切除的肢體仍然存在，且在該處發(fā)生長(zhǎng)久的慢性疼痛，這被稱(chēng)為幻肢痛(phantom limb pain, PLP)。大約76%的上肢截肢者有幻肢感覺(jué)，49%的截肢者患有PLP或殘肢疼痛感[12]。目前臨床上還沒(méi)有治療該疾病的特效藥。

Cole 等首先將虛擬現(xiàn)實(shí)與“鏡像療法”相結(jié)合治療PLP，發(fā)現(xiàn)所有截肢病人都在虛擬空間內(nèi)體驗(yàn)了患肢上虛擬的手臂，并感覺(jué)到模擬肢體運(yùn)動(dòng)，鎮(zhèn)痛效果優(yōu)于單純的分心作用，且在治療過(guò)程中虛擬現(xiàn)實(shí)很好地控制了病人的睡眠質(zhì)量與鎮(zhèn)痛藥服用劑量[13]。傳統(tǒng)的VR 技術(shù)治療PLP 多針對(duì)病人的“視錯(cuò)覺(jué)”來(lái)制造假象，而Ichinose 等為病人提供一個(gè)新型的VR 產(chǎn)品，其可同時(shí)產(chǎn)生視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)反饋，從而增強(qiáng)了病人體驗(yàn)的真實(shí)性。即在治療時(shí)若病人的模擬手臂在虛擬世界中觸碰到臉頰，則在現(xiàn)實(shí)世界中，該病人臉頰上的觸覺(jué)傳感器也會(huì)同時(shí)傳遞觸摸感。此類(lèi)將體感反饋應(yīng)用于VR 治療PLP 病人的技術(shù)可顯著提高神經(jīng)康復(fù)過(guò)程中鎮(zhèn)痛效果[14]。同樣是增強(qiáng)觸覺(jué)體驗(yàn)，Snow 等使用機(jī)器人手臂通過(guò)傳感器與VR 環(huán)境相連接，實(shí)時(shí)傳遞虛擬手臂的動(dòng)作與力反饋，通過(guò)3 名PLP 病人的體驗(yàn)，說(shuō)明更高的沉浸感與參與感會(huì)減低PLP 病人的痛感[15]。目前越來(lái)越多的研究證明VR 技術(shù)的衍生技術(shù)會(huì)產(chǎn)生更好的沉浸效果，從而對(duì)PLP 病人產(chǎn)生更加優(yōu)效和精確的治療作用，如虛擬集成環(huán)境(virtual integration environment, VIE)，虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(virtual and augmented reality, VR, AR)，混合現(xiàn)實(shí)(mixed reality, MR)，以及能夠預(yù)測(cè)手臂下一步運(yùn)動(dòng)意圖的VR 手臂(virtual therapy arm, VITA )，這說(shuō)明病人體驗(yàn)過(guò)程的真實(shí)感與PLP 治療效果呈現(xiàn)正相關(guān)[16,17]，因此增強(qiáng)VR 技術(shù)的沉浸效果對(duì)于提高PLP 病人鎮(zhèn)痛療效有重大意義。

目前越來(lái)越多的研究顯示，PLP 病人手臂通常表現(xiàn)為自主神經(jīng)受損的癥狀，可表現(xiàn)為刺痛、灼痛、抽痛、電擊樣、痙攣樣、擠壓樣痛等[18]，但是VR沉浸對(duì)于不同的癥狀的PLP 的作用效果不明確，Osumi 等研究VR 鎮(zhèn)痛效果與PLP 病人的疼痛特征是否相關(guān)，發(fā)現(xiàn)PLP 病人在VR 康復(fù)中均體驗(yàn)到虛擬的幻肢，與此同時(shí)也感到疼痛的減輕，但是相對(duì)于射擊樣、灼燒樣疼痛，VR 鎮(zhèn)痛技術(shù)對(duì)于擠壓樣、叮咬樣疼痛效果更為顯著[19]。

目前，VR 技術(shù)治療幻肢痛的效果已經(jīng)被很多高質(zhì)量的證據(jù)證實(shí)，但VR 治療在臨床推廣中不得不面臨其設(shè)計(jì)成本以及設(shè)備成本高昂的問(wèn)題，針對(duì)這一問(wèn)題，Elisabetta 等通過(guò)更為廉價(jià)的Oculus Rift頭盔來(lái)測(cè)試高質(zhì)量的3D 環(huán)境是否能有效治療下肢截肢PLP 病人，其系統(tǒng)設(shè)置簡(jiǎn)單，安裝時(shí)間短暫，不需要專(zhuān)門(mén)的技術(shù)員來(lái)操作，實(shí)現(xiàn)了治療家庭化，社區(qū)化。結(jié)果顯示僅在2～4 個(gè)療程內(nèi)，Oculus Rift頭盔下的3D 環(huán)境就可顯著控制PLP 疼痛，該研究為低成本、社區(qū)化的PLP 管理策略提供了新的思路與證據(jù)[20]。

對(duì)于目前VR 治療PLP 的機(jī)制，有部分研究者認(rèn)為，VR 治療涉及的大腦結(jié)構(gòu)主要為右腦島、扣帶皮層和前運(yùn)動(dòng)皮層[21]。病人在VR 眼鏡中看到的虛擬再生的肢體可以增強(qiáng)這些區(qū)域的大腦活性，從而減輕PLP 產(chǎn)生的疼痛。也有研究者指出，VR 治療是通過(guò)激活患肢對(duì)側(cè)的大腦半球神經(jīng)元，病人在VR 環(huán)境中，無(wú)論進(jìn)行自主還是被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，都能將患手對(duì)側(cè)的大腦半球神經(jīng)元激活，從而減輕PLP 疼痛感受[22]。但目前仍缺乏有力證據(jù)證明這些假說(shuō)的成立。

2. VR 鎮(zhèn)痛技術(shù)在復(fù)雜性區(qū)域疼痛綜合征病人中的應(yīng)用

VR 技術(shù)同時(shí)也是治療復(fù)雜性區(qū)域疼痛綜合征(complex regional pain syndrome, CRPS) 的一種重要手段。CRPS 以嚴(yán)重的頑固性、多變性疼痛為主要特征，并缺乏有效的治療方法。2014 年Jeon 團(tuán)隊(duì)首次將“鏡像療法”結(jié)合VR 技術(shù)應(yīng)用于治療CRPS。其團(tuán)隊(duì)納入兩組病人，兩組都通過(guò)VR 眼鏡觀看虛擬身體交換視頻，并且額外要求實(shí)驗(yàn)組模仿VR 視頻中虛擬動(dòng)作。發(fā)現(xiàn)兩組病人治療后疼痛強(qiáng)度并無(wú)差異，但治療組身體知覺(jué)障礙評(píng)分(body perception disturbance, BPD)明顯優(yōu)于對(duì)照組[23]。此研究初步說(shuō)明使用VR 技術(shù)進(jìn)行鏡像療法治療適用于CRPS 病人，有助于改善病人功能障礙。

對(duì)于兒童的CRPS 治療目前的難點(diǎn)在于常規(guī)物理治療中由于畏痛心理，通?；純涸?0～60 min療程中每次只配合2～10 min，但在一項(xiàng)針對(duì)4 名CRPS 患兒的研究中發(fā)現(xiàn)VR 技術(shù)長(zhǎng)時(shí)間的治療中參與者非常冷靜和投入，渴望參與，并很好地忍受了治療，在整個(gè)5 min 的治療過(guò)程中，除了1 個(gè)病例外，所有病人都在積極地移動(dòng)受影響的肢體。該VR 游戲具有一定的激勵(lì)作用，使參與者試圖超越上次的分?jǐn)?shù)，這成功克服了病人對(duì)于傳統(tǒng)物理治療的抵觸感[24]。最重要的是，所有病人均未報(bào)道不良反應(yīng)，說(shuō)明VR技術(shù)治療小兒CRPS是安全且有效的。

對(duì)于這一慢性疼痛疾病，目前的病因?qū)W研究發(fā)現(xiàn)可能與疼痛部位相對(duì)應(yīng)的神經(jīng)中樞表現(xiàn)異常有關(guān)。Solcà 團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種新型基于心電信號(hào)的數(shù)字VR 治療方法(heartbeat-enhanced virtual reality, HEVR)[25]，通過(guò)心電信號(hào)與VR 沉浸結(jié)合來(lái)干預(yù)疼痛在大腦中樞中的反應(yīng)，HEVR 主要包括通過(guò)佩戴Oculus DK1VR 眼鏡，同時(shí)使用Arduino 微控制器采集病人的心電數(shù)據(jù)，微控制器將預(yù)處理后的心電信號(hào)傳輸給ExpyVR 計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)病人QRS 波的R 峰值。在HEVR 過(guò)程中，參與者被要求不停地觀察VR 眼鏡中正在閃爍的虛擬手，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)虛擬手的閃爍頻率與自己的心跳頻率一致。在刺激過(guò)程中，參與者通過(guò)耳機(jī)中播放的白噪音，有效地掩蓋了周?chē)械穆?tīng)覺(jué)輸入。研究隨訪(fǎng)中發(fā)現(xiàn)，在CRPS 病人中，HEVR 通過(guò)將與心跳相關(guān)的信號(hào)投射到病人受影響的虛擬手上來(lái)減輕疼痛，增強(qiáng)了手部力量，并減少了治療過(guò)程中對(duì)患手的觸覺(jué)刺激，在治療過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化，最大限度地減少病人和治療師的參與，克服了之前鏡像療法和單純VR 療法的一些限制。

疼痛的感覺(jué)已經(jīng)被證明與身體組織結(jié)構(gòu)的感官輸入有關(guān)。如對(duì)一個(gè)人的手、面部或軀干的觀察已經(jīng)被證明可以減少健康參與者的痛覺(jué)體驗(yàn)。這種效應(yīng)在觀看非身體物體時(shí)不會(huì)發(fā)生，這使VR 技術(shù)下觀察模擬手臂干預(yù)CRPS 成為可能，而被觀察到的物體和真實(shí)物體之間的多感官信息的一致性會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)這種效應(yīng)，這就導(dǎo)致心電信號(hào)的加入使VR鎮(zhèn)痛效果增強(qiáng)。

同樣通過(guò)VR 虛擬手臂，Marta Matamala-Gomez 等通過(guò)改變其透明度和外形的大小而增強(qiáng)VR技術(shù)對(duì)CRPS 的治療效果[26]，研究發(fā)現(xiàn)調(diào)整虛擬手臂的透明度變化在CRPS 治療中更有效，相比之下改變大小影響較弱，并且增大虛擬手臂的尺寸會(huì)輕微增加病人的疼痛，而減少病人的手臂會(huì)減輕一部分病人的疼痛。對(duì)于透明度對(duì)鎮(zhèn)痛效果的影響，按照之前觀察虛擬手臂的鎮(zhèn)痛理論，若病人看到正在消失的虛擬手臂會(huì)減低鎮(zhèn)痛效果，但該研究顯示，對(duì)于部分CRPS 病人增加透明度反而會(huì)增加鎮(zhèn)痛效果，這可能是由于大腦中身體外形的紊亂會(huì)影響CRPS 病人的疼痛感知，但這一解釋并沒(méi)有得到更多研究證實(shí)，仍需進(jìn)一步探索。

3. VR 鎮(zhèn)痛技術(shù)在纖維肌痛癥病人中的應(yīng)用

纖維肌痛癥(fibromyalgia, FM)特點(diǎn)為全身長(zhǎng)期性、廣泛性肌肉疼痛和壓痛，其中以脊柱、骨盆、背部常見(jiàn)，一旦患病，病人疼痛會(huì)持續(xù)整個(gè)病程[27]，目前該慢性疼痛性疾病病因以及治療方法并不明確。2010 年一項(xiàng)關(guān)于心理治療干預(yù)FM 的系統(tǒng)評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)該療法治療FM 具有一定短期療效，且與治療FM 藥物的效果相當(dāng)，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)心理治療對(duì)FM病人的長(zhǎng)期治療效果有限[28]。Botella 等首次將VR技術(shù)結(jié)合心理治療用于治療FM 病人。該研究共納入15 名患FM 的婦女，并對(duì)其進(jìn)行VR 環(huán)境下的心理治療。其中共包括以下幾部分：慢性疼痛和FM的教育；前期放松；認(rèn)知與行為重組；VR 技術(shù)沉浸；FM 預(yù)防復(fù)發(fā)教育。并對(duì)其治療前后工作障礙、疼痛、疲勞、晨僵、焦慮和抑郁進(jìn)行評(píng)分。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)進(jìn)行數(shù)次VR 環(huán)境下的心理治療后所有病人疼痛評(píng)分均明顯下降，抑郁也有所緩解[29]，最重要的是該研究發(fā)現(xiàn)在VR 環(huán)境介導(dǎo)下的心理治療對(duì)于部分FM病人產(chǎn)生了長(zhǎng)期療效。

同時(shí)，F(xiàn)M 病人在漫長(zhǎng)的疼痛過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的“消極情緒”，過(guò)度的消極情緒會(huì)導(dǎo)致病人對(duì)生活缺乏耐心和欲望，所以Herrero 團(tuán)隊(duì)認(rèn)為負(fù)面情緒是治療纖維肌痛癥的一大障礙，其開(kāi)發(fā)了一種開(kāi)放性VR 系統(tǒng)[30]，其通過(guò)投影儀展示虛擬環(huán)境，該環(huán)境選用明亮和高飽和度顏色以促進(jìn)積極的情緒。將受試者放置于該環(huán)境中，在研究過(guò)程中可以相互交流與互動(dòng)。經(jīng)評(píng)估顯示病人的快樂(lè)、喜悅和活力等積極情緒顯著提升，悲傷和焦慮等消極情緒顯著降低。其中VR 技術(shù)影響最大的情緒是平靜和快樂(lè)。在憤怒方面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)差異。說(shuō)明VR 技術(shù)在改善FM 病人情緒、心理健康和生活質(zhì)量方面有一定作用。

在對(duì)FM 病人的VR 鎮(zhèn)痛機(jī)制研究中，Morris 等發(fā)現(xiàn)FM 病人在VR 治療中右側(cè)額下回、右側(cè)額中回、右側(cè)小腦后葉、左側(cè)丘腦和左側(cè)額上回被激活[31]，初步證明了將纖維肌痛綜合征病人暴露于3D 視覺(jué)環(huán)境中，可引起相應(yīng)大腦功能區(qū)域的生理變化。

三、不足與展望

對(duì)于VR 這一新興產(chǎn)業(yè)，在與疼痛緩解結(jié)合過(guò)程中，仍有許多不足。首先，VR 技術(shù)鎮(zhèn)痛機(jī)制仍有待強(qiáng)化，盡管有一些研究發(fā)現(xiàn)VR 技術(shù)治療疼痛的“促內(nèi)啡肽機(jī)制”以及“大腦皮層興奮機(jī)制”，但這些研究數(shù)量較少，仍需大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)增強(qiáng)證據(jù)。其次，大量的研究證明VR 技術(shù)對(duì)慢性疼痛均具有良好的鎮(zhèn)痛效果，但目前研究均無(wú)進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間隨訪(fǎng)，單次療程結(jié)束后疼痛緩解的時(shí)長(zhǎng)仍需不明確。在治療結(jié)束后多久會(huì)疼痛復(fù)發(fā)，復(fù)發(fā)后繼續(xù)使用VR 治療病人是否出現(xiàn)厭煩而導(dǎo)致效果下降的情況仍待研究。最后，目前研究涉及疾病較少，對(duì)于骨折、腰椎間盤(pán)突出癥及各種關(guān)節(jié)炎導(dǎo)致的機(jī)械性疼痛研究較少。

對(duì)于VR 設(shè)備方面，首先，目前提供大部分的虛擬現(xiàn)實(shí)治療設(shè)備組件較多，設(shè)備使用不便，且需要專(zhuān)門(mén)的技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)控，這大大降低了其便攜性，且目前高沉浸VR 設(shè)備價(jià)格仍十分昂貴，一個(gè)頭盔式顯示器加上主機(jī)的成本較高，這兩方面因素導(dǎo)致病人的治療渠道較窄，降低了VR 技術(shù)的使用率和病人依從性。為了使病人進(jìn)行家庭治療或辦公室治療，便攜且經(jīng)濟(jì)的VR 設(shè)備應(yīng)是未來(lái)的發(fā)展方向。其次，在Hoffman 等進(jìn)行的一項(xiàng)研究中提出，虛擬程序的分心效果隨著沉浸的深度而大大增強(qiáng)，目前高沉浸虛擬恢復(fù)環(huán)境治療(virtual restorative environment therapy, VRET)的出現(xiàn)可更有效的減輕燒傷病人的疼痛和焦慮。且更深的沉浸感對(duì)心率、呼吸頻率、皮膚溫度和皮膚抵抗力等生理因素均有積極作用[32]。Small 團(tuán)隊(duì)同樣也提出，摒棄傳統(tǒng)頭戴式VR 顯示器，而使用更高沉浸性的VRET 可大大減少外部設(shè)備與燒傷病人的接觸[33]，對(duì)于減少病人感染有重要意義。

作為一項(xiàng)新型的鎮(zhèn)痛技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)的緩解慢性疼痛效果已經(jīng)被大量研究證實(shí)。最近，減少使用阿片類(lèi)鎮(zhèn)痛藥和使用非藥物疼痛療法一直被強(qiáng)烈呼吁。一項(xiàng)Meta 分析指出作為傳統(tǒng)鎮(zhèn)痛手段的代表，嗎啡能減少30%的疼痛[34]，而Jones 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)VR 技術(shù)聯(lián)合阿片類(lèi)藥物的鎮(zhèn)痛效果約為單純使用嗎啡的兩倍，這可大大減少鎮(zhèn)痛藥的使用劑量[35]。

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于慢性疼痛病人是一個(gè)可行的選擇。但是否可以單獨(dú)治療疼痛以及遠(yuǎn)期療效還有待進(jìn)一步研究。