作者：吴辰，张丽，刘栩铭，张珂浦，王腾悌，首都医科大学附属北京友谊医院麻醉科；马超，中国医学科学院基础医学研究所；刘红菊，中国医学科学院北京协和医院麻醉科
疼痛问题不仅影响个人的身心健康，更对整个社会造成巨大的经济负担。传统的疼痛治疗措施种类繁多，但各具有其局限性。因此，亟待新兴的治疗手段从新的角度完善疼痛的综合管理。如今数字疗法(digital therapeutics， DTx)正蓬勃发展，其中虚拟现实技术（virtual reality，VR）得以广泛应用，尤其在疼痛治疗领域展现出了较大的发展潜力。VR借助头戴式设备等辅助工具为使用者构建一个视觉、听觉、嗅觉等多感官参与的三维虚拟世界，从而让使用者产生一种身临其境的感觉。本文围绕VR在疼痛治疗领域的应用及其作用机制进行阐述，以期提高临床医护人员对VR的认识，为疼痛治疗提供新的选择。
1. 疼痛治疗现状
据统计，全球约20%的人正在经历慢性疼痛的困扰。在中国，慢性疼痛的患病率高达30%。在患者众多就医原因中，位居前10位的
一项针对我国慢性疼痛情况的调查研究显示，在31个省的9298名参与者中，慢性疼痛的患病率高达31.54%，但近1/4的患者从未去过医院，其中36.78%的患者甚至从未接受过针对性治疗。该调查反映出我国对于慢性疼痛的认识水平仍然存在欠缺，治疗手段也相对匮乏。在接受治疗的人群中，大多数患者选择传统的治疗手段如按摩、拔罐、药物治疗或外科手术，这些治疗方法往往采用包括阿片类药物在内的药物和医疗器械进行干预。但对于慢性疼痛，这些措施的治疗效果不稳定且不理想，可能无法彻底缓解症状。因此，亟需探究新的治疗措施，DTx和VR应运而生。
2. DTx与VR
2.1 DTx发展现状
随着科学技术的快速发展，以人工智能为代表的新技术革命正引领全球进入新一轮的创新浪潮。因此，人们开始思考如何将科学技术融入医疗领域，从而达到改善目前医疗环境的目的。在此环境下，DTx概念诞生。
DTx是近年来医疗与科技领域的新兴新概念，国际数字疗法联盟(Digital Therapeutics Alliance， DTA)将DTx定义为：“由高质量软件程序驱动，直接向患者提供以证据为基础的医疗干预措施，用以预防、管理或治疗疾病”。
目前全球主要国家和地区，如美国、德国、英国、日本、澳大利亚、中国和法国，均未在政府官方层面对DTx进行明确定义，仅将其视为常规医疗器械。韩国食品药品安全部将DTx定义为：“DTx是一种为患者提供循证治疗干预措施，用以预防、控制或治疗某种紊乱或疾病的医疗设备软件”。
DTx的运转模式为：移动技术、远程通信技术、智能设备、可穿戴设备、健康信息分析技术和个性化医疗等，不仅可帮助患者及时了解自身健康状况，也使得医生能够更加准确地了解患者的病情并施以精准干预。DTx不仅降低治疗成本，还可促进治疗方式的转变，是传统治疗方法的补充甚至替代。截至2021年9月，全球共4502例基于DTx的临床研究，涵盖精神心理领域、中枢神经系统疾病、皮肤疾病、脑部疾病等。
通过运用各种数字技术，DTx在很大程度上提高了医疗服务的可及性。VR通过收集使用者的数据，在适当的时候提示医生进行干预，并通过提高单次医疗服务效率或增强服务能力的方式，进一步提升医疗服务机构的效率。此外，DTx还可提升患者的依从性，为患者提供基于数据驱动的个性化诊疗，并基于医学原理和数据分析模型辅助医生诊断，从而提高医疗服务机构的诊疗效率。以临床为导向的医学创新转化和医工融合是医学未来的发展趋势，将促进DTx的广泛应用。作为疼痛领域“冉冉升起的新星”，DTx将逐渐大放异彩。
2.2 VR研究进展及应用
2.2.1 VR研究进展
由于技术的成熟及设备成本的下降，在众多DTx模式中，VR逐渐被大规模引入，其在日常娱乐生活中的应用日趋成熟，其营造的虚拟环境多以游戏形式出现，与DTx的应用目的相契合。VR的技术支持也比较成熟，包括索尼、微软、PICO等生产厂商可提供完备的服务。
VR是一种通过头戴式显示器和视觉、听觉刺激的头部跟踪演示器以创造沉浸式人工体验的技术，多应用于疾病的康复治疗。如VR可提高心脏病患者的康复效果，通过改善患者的焦虑和抑郁症状达到目的。作为一项新技术，VR还可对呼吸运动进行监测，帮助患者进行功能锻炼，为肺部疾病患者提供新的康复机会。
在中风患者康复过程中，VR具有改善康复治疗效果的作用。试验研究表明，采用主观评分量表（Fugl-Meyer评估表、Berg平衡量表等）和MRI，可观察到VR组患者的治疗效果优于对照组（接受传统治疗）。VR治疗使得患者脑部与学习、计划和运动执行相关的区域发生变化，增加了神经的可塑性。
2.2.2 VR在疼痛领域的应用
VR首次应用于疼痛领域，可追溯至霍夫曼（Hoffman）及其同事创造的“雪世界”（SnowWorld），一款向虚拟人物投掷雪球的VR游戏。“雪世界”构建了一个三维虚拟峡谷，峡谷中有河流和瀑布，患者在穿过峡谷时会专注于向峡谷内的物体投掷雪球以分散其注意力，用目光瞄准并按下键盘上的空格键，即可向雪人发射雪球。
雪人一击结冰，两击粉碎。患者通过沉浸式体验游戏过程，从而分散注意力，达到有效缓解疼痛的目的。在烧伤患者的伤口护理过程中，VR可作为阿片类药物镇痛的辅助手段，有效减轻患者的
目前，VR可应用于烧伤后疼痛、牙痛、缺血性疼痛、癌症痛、慢性头痛等的治疗，既可发挥减轻患者疼痛感觉的作用，又可改善患者的心理健康状况。相关研究证实，VR可缓解多种类型的疼痛，如手术操作等引起的急性疼痛，以及颈部疼痛等引起的慢性疼痛。VR镇痛不仅适用于成人，且在儿科镇痛领域发挥重要作用。
Wong等针对行静脉穿刺的患儿开展了一项临床随机对照试验，共招募149例患儿，结果显示VR能够明显改善患儿的疼痛和焦虑。在该试验的虚拟场景中，程序构建了一个卡通人物DD，他使接受静脉穿刺的患儿分散注意力，降低其疼痛刺激。VR疗法为患者提供了一种身临其境的感觉，通过多种感官体验，使其参与到虚拟世界场景中。患者在虚拟世界与现实环境之间进行交互，通过沉浸式体验有效减轻疼痛感觉。
一般采用疼痛评分量表，如视觉模拟量表等主观评分系统衡量VR的镇痛效果。MRI也可用于评价VR的镇痛效果。Hoffman等采用MRI分析接受VR治疗与不接受VR治疗的受试者在接受热刺激诱发疼痛时的大脑活动情况，并分析VR减轻疼痛的神经生物学机制。研究发现，VR不仅大幅降低患者的疼痛主观感觉，还可减少与痛觉相关的5个区域（前扣带回皮层 、初级和次级躯体感觉皮层、岛叶和丘脑）的大脑活动。
另一项研究将血清中的压力激素作为客观指标衡量VR对于疼痛的影响水平，该研究将受试者分为三组，分别比较VR、等速运动和躯干核心肌肉的常规训练对于慢性腰痛患者的影响。在疼痛评价方面，不仅采用了VAS评分，更采用了血清学检测方法，通过比较血糖、
3. VR镇痛机制
3.1 注意力分散机制
关于VR如何缓解疼痛和调节疼痛感知，研究人员尚未达成共识，但多数学者将其归结于两种机制：注意力分散机制和基于正念的情绪调节机制。痛觉感觉受心理因素的强烈影响，这一现象先后获得“门控理论”和“神经基质理论”的支持。前者认为痛觉信号由位于脊髓背角的门控系统调节，其进入大脑之前会受到一个称为“神经疼痛闸门”机制的控制。
根据疼痛闸门的打开/关闭，流向大脑的疼痛信号被促进或抑制，身体由此获得不同的疼痛感知程度。后者则认为疼痛并非简单的感觉反应，而是涉及多个维度的复杂体验，由大脑中广泛分布的神经网络输出产生，包括感觉、情感和认知成分。这些维度由不同的大脑区域协同作用，并受到多种输入的影响，这些输入作用于神经基质并对疼痛的产生和体验产生影响。近年来，VR在分散注意力方面的重要性愈发凸显。VR设备通过构建虚拟环境，并应用多种感官刺激将患者的注意力从疼痛感觉中转移出来。
另一方面，患者可通过VR将自身所处环境从“饱受痛苦的医疗环境”中剥离出来，从而达到一种逃避现实的作用。此外，患者将注意力集中在愉快的体验而非痛苦的感受上，可有效缓解其焦虑情绪，进一步提高VR的镇痛效果。在VR诞生之前，注意力分散机制在疼痛缓解领域即被广泛接受，而VR更像是传统手段的“升级版本”，全面承担了分散注意力的职责。
Bantick等采用MRI阐述分散注意力机制缓解疼痛的机制，该试验通过一种名为“Stroop”的任务引起注意力分散现象，使受试者因有害热刺激引起的疼痛主观感受明显降低，且MRI显示疼痛矩阵（丘脑、岛叶、前扣带回皮层的认知分区）的激活总体下降，而大脑前扣带回皮层和眶额区的活动则有所增加。该研究也进一步证实了VR可通过注意力分散机制达到镇痛目的。
另一项关于VR镇痛的研究同样证明了此观点。Hoffman等采用主观疼痛评分和客观MRI探讨VR与阿片类镇痛药物对于疼痛相关脑活动的影响，证实了单独VR对于“热刺激”所引起的疼痛是行之有效的。与此同时，与疼痛相关的脑部活动支持了“分心”机制在VR镇痛中的支撑作用。
3.2 基于正念的情绪调节机制
VR缓解疼痛的另一种机制则是通过情绪调节提高机体对疼痛的耐受能力，进而减轻疼痛感受。正如前文所述，VR镇痛主要由分散注意力机制发挥作用；同时，VR对情绪和神经生理可发挥一定的调节作用。近期，一项试验研究证实了这一观点，该试验分为3个部分：第一部分，通过沉浸式VR与非沉浸式二维视频及无视听输入的对照组进行比较，采用主观评分评价不同治疗方式对患者疼痛感知的影响；第二部分，通过沉浸式VR与非沉浸式二维视频及无视听输入的对照组进行比较，借助电生理学（
研究结果显示，场景探索式VR所带来的沉浸感与γ振荡功率的增加相关，而正念式VR与α震荡功率的增加相关。上述研究表明，正念式VR具有另一种镇痛机制，有别于专注于分散注意力的场景探索式VR。Loreto-Quijada等的研究也证实，在提高自我效能和调节情绪方面，VR发挥巨大潜力，其可通过增强正念练习，改善慢性疼痛患者的自我管理。
此外，研究表明VR通过分散注意力和引起神经生理变化两种机制缓解疼痛的作用并不相同。前者主要在治疗急性疼痛中发挥作用，后者主要在缓解慢性疼痛的过程中发挥作用。分散注意力作为一种非药物干预措施，经常被用于治疗儿童和青少年的急性手术疼痛，包括烧伤伤口疼痛护理等。
4. 挑战与展望
尽管DTx与VR正处于蓬勃发展的黄金时期，但仍面临诸多问题。首先，我国仍需加强对DTx和VR的监管，完善相应政策和制度建设。此外，尽管与传统治疗手段相比，VR在依从性方面占据一定的优势，但仍难以做到尽善尽美。对于患者而言，VR打破了其对于传统医疗诊治的认识；同时，许多医务工作者对VR的认识仍存在不足。由此导致VR的应用受到限制，无疑对DTx的推广产生了一定阻碍。因此，未来医务人员需在鼓励患者接受和适应VR方面投入更多精力。
与传统治疗方法相比，VR可提供更加安全、经济、有效、舒适的选择。尤其在疼痛领域，当前的治疗措施难以满足广大患者的需求，而VR的蓬勃发展则进一步拓宽了疼痛的治疗选择。随着人工智能应用的日益广泛，VR与人工智能的联系也会越来越紧密。人工智能可有效帮助患者与设定的程序进行良性交互，将自身情况及时进行反馈，帮助临床医生做出更完善、个体化的决策，达到个体化诊疗目的。值得期待的是，随着数字技术日新月异的发展，VR设备的更新迭代也将增快，同时价格也会逐渐下降，这意味着患者在选择治疗方式时具有更多选择空间。
5. 小结
综上所述，在科技飞速发展的今天，DTx在现代医学诊治中的地位日益重要。传统的治疗手段已难以满足疼痛患者的治疗需求，而VR无疑是最佳的潜在选择之一。在不久的未来，可以预见越来越多的新技术将应用于VR镇痛领域，人工智能与VR的联系也将越来越紧密。VR在疼痛领域的应用方兴未艾，尽管现阶段对其认识尚成熟，但未来应用前景一片光明。
来源：吴辰,张丽,马超,等.虚拟现实技术在疼痛治疗领域的研究进展[J/OL].协和医学杂志:1-12.
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