Выпускная квалификационная работа «Внедрение технологий виртуальной реальности для подавления боли в лечебно-диагностический процесс» (стр. 2 )

Гироскопы, акселерометры и магнитометры часто используются в системах трекинга. Наибольшее значение в этих системах занимает точность отслеживания положения пользователя в пространстве. Задержки, связанные с выводом на дисплей изображения и детектированием изменения положения головы в пространстве, должны быть минимальны.

Системы, использующие технологию Motion Parallax, имеют разные формы. Они могут представлять собой виртуальные комнаты с полным погружением, или же быть экранами виртуальной реальность размерами от трех дюймов.

1.2.3 Виртуальный ретинальный монитор

Данное устройство применяет метод формирования изображения на сетчатке глаза, благодаря чему перед пользователем возникает «висящее» в воздухе изображение. Эту технологию стоит отнести скорее к системам дополненной реальности, в связи с тем, что наложение виртуального изображения идет на объекты реального мира.

Несмотря на это, виртуальный ретинальный монитор может погружать пользователя в виртуальный мир при соблюдении определенных условий, например, применение в темной комнате с широким покрытием сетчатки глаза и использование трекинг систем.

1.3 История возникновения виртуальной реальности

В 1962 году Мортон Хейлиг разработал первый прототип виртуальной реальности, который назывался «Сенсорами». Погружение в виртуальный мир происходило путем показа короткометражных фильмов, с использованием эффектов, направленных на такие чувства человека, как обоняние, осязание, слух.

В 1967 году Айвен Сазерленд спроектировал шлем виртуальной реальности. Передавалось изображение на шлем через компьютер, хотя система и была примитивной, а уровень реалистичности был низко и пользователь не мог полностью погружаться в виртуальную реальность, устройство все же удавалось считывать движения головы, что обеспечивалось обратную связь виртуального мира с пользователем.

В 1977 году в Массачусетском технологическом институте была создана система Aspen Movie Map, использовавшая вместо кадров видеосъемки компьютерную графику. Программа моделировала город Аспен, расположенный в штате Колорадо, и обеспечивала пользователю симуляцию прогулки по улицам города [3].

В 1981 году Гэри Граймс разработал перчатку Digital Data Entry Glove (перчатка для ввода цифровых данных), которая стала первым устройством управляющая виртуальным пространством с помощью руки. Работа перчатки заключалась в создании буквенно-цифровых символов, как замена клавиатуре.

В 1990-х гг., видеоигровая индустрия начала широко применять технологию виртуальной реальности. В 1991 году компания Sega выпустила гарнитуру Sega VR для аркадных игр, которая включала в себя изображение на LCD-экране, стереонаушники и инерционные датчики, определяющие движения головы пользователя. В 1995 году компания Nintendo выпустила 32-битную игровую систему Virtual Boy, использующую оттенки красного цвета для представления трехмерной графики. Несмотря на это, каждая из созданных систем была неоправданно дорогой и неудобной, что привело к завершению работы над ними [4].

В 1992 году в университете Чикаго была предложена первая концепция виртуальной комнаты, под названием «CAVE» (Cave Аutomatic Virtual Environment). В кубе проецировалась 3D компьютерная графика, обеспечивающая эффект погружения в виртуальный мир [5].

Развитие технологий виртуальной реальности на этом не завершилось, на сегодняшний день эта технология начала применяться в разнообразных областях науки, техники, медицины, в обучении и повседневной жизни.

Технология виртуальной реальности имеет широкое применение в развлекательной индустрии, а также в процессе обучения профессиям, в которых эксплуатация реальных устройств и механизмов может быть опасна и иметь большие денежные затраты (обучение пилотов самолета, машинистов поезда, диспетчеров).

2 ВР В ЛЕЧЕБНО-ДИАГНОСТИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ

2.1 Использование ВР при восстановлении двигательных функций

Технология виртуальной реальности приходит на помощь людям с потерей двигательной активности, связанной с нарушениями нервных связей [6]. Использование виртуальной реальности, при восстановлении двигательных функций, определяется тем, что большинство пациентов не хотят заниматься физической реабилитацией в больнице. Однако пациенты интересуются реабилитацией в виртуальном мире.

Использование шлемов виртуальной реальности и специальных датчиков ускоряет процесс визуальной «отдачи» в мозгу. Работа с датчиками преобразует мозговые сигналы в команды, с помощью чего пациенты могут совершать движения виртуальными руками и ногами, пока идет реабилитация мозга.

Особое применение технологий виртуальной реальности при реабилитации пациентов после инсульта. Данная технология повышает мышечную силу, способствует улучшению двигательной активности в руках и кистях, способствует развитию чувства баланса. Стремление восстановится, играет важную роль, поскольку пациентам сложно повторять одни и те же движения по тысячи раз.

Перестроение мозга невозможно без систематического повторения упражнений. Технология виртуальной реальности помогает сокращать монотонность проводимых процедур тем, что в виртуальном мире используется дух соперничества, творчества в красивой и увлекательной игровой форме.

2.2 Использование ВР при лечении психических расстройств

2.2.1 Лечение деменции

Технология виртуальной реальности используется для лечения умственных недугов. Например, организация Virtual Relief использует данную технологию для лечения пациентов, страдающих деменцией.

Деменция – это слабоумие, широко распространенное среди пожилого населения. У людей с деменцией нарушается способность усваивания новой информации, а также ослабляется память, что приводит к тому, что люди с данным диагнозом забывают то, что помнили раньше. Деменция приводит к частым переменам настроения и депрессии.

Технология виртуальной реальности предоставляет людям, страдающим деменцией, безопасное пространство, которое обеспечивает спокойное взаимодействие с окружающей средой. Теоретически, данная технология позволяет обеспечить восстановление связи человека с миром.

В виртуальном пространстве людям с деменцией предоставляется возможность проходить различные испытания в форме «мягких» игр, которые осуществляют укрепление когнитивных функций человека, таких как память и язык. Больные деменцией заново постигают процессы планирования, организации, приоритезирования своих повседневных задач. Технология виртуальной реальности помогает не только укрепить работу когнитивных функций, но и просто расслабить пациента, поскольку больные с деменцией подвержены стрессам и постоянным пребываниям в растерянности.

2.2.2 Посттравматическая терапия

Технология виртуальной реальности широко применяется в посттравматической терапии. Сильные эмоциональные потрясения, которые не вписываются в картину реального мира, приводят к посттравматическим стрессовым расстройствам. Кругом людей, подверженных данному расстройству, зачастую являются бывшие военные и люди, подвергавшиеся физическому насилию.

Методом лечения людей, с посттравматическим расстройством (ПТСР), является погружение людей в среду, в которой произошло потрясшее их событие. Лечение сопровождается терапевтической беседой, и, на первый взгляд, подобный метод лечения может выглядеть жестоким. Однако подобная методика помогает людям научиться контролю над собой и бороться с воспоминаниями о стрессе, отмечается в журнале Scientific American. Подобное лечение используется также при лечении фобий и различных психологических заболеваний [7].

В 2005 году особый отдел НАТО опубликовал исследование, разбирающее способы лечения солдат с ПТСР, вернувшихся их Ирака [8]. В работе упоминалась наработки, созданные 1997 году Технологическим институтом Джорджии. В институте была создана программа Virtual Viethnam VR, в которую были погружены ветераны Вьетнамской войны, с посттравматическим расстройством. Система обучала ветеранов борьбе со своими страхами.

На сегодняшний момент метод лечения ПТСР развился, в рамках Bravemind, совместного проекта Университета Калифорнии и Пентагона, оборудование для виртуальной реальности расположено более чем на ста военных базах США.

Создатель шлема виртуальной реальности для проекта Bravemind, Альберт Риззо, утверждает то, что использование ухудшенной графики виртуального фильма было сделано не случайно. Благодаря этому фактору, у солдат с ПСТР происходит понимание того, что увиденное ими не является чем-то реальных, и это обеспечивает улучшенное обучение борьбы со страхом в комфортной среде.

2.2.3 Лечение фобий

Аналогично, посттравматической терапии, лечат танатофобии, то есть панический страх смерти.

С помощью технологий виртуальной реальности, учеными из Университета Барселоны был разработан особый интерактивный проект. Создатель проекта Мел Слейтер и его коллеги надели на 32 испытуемых Oculus Rift и чёрные костюмы с вибромоторчиками, которые обеспечивали тактильную обратную связь.

Первоначально ученые заставляли испытуемых думать, что виртуальные конечности являются частями их собственного реального тела, позже точка зрения резко менялась, после чего испытуемый смотрел на свое виртуальное тело со стороны. К конечностям аватара бросали виртуальный мяч, прикосновения которого были реальными, благодаря костюму с тактильной обратной связью. При этом моторчики после смены точки зрения работали только у половины испытуемых [9].

По результатам исследования было выявлено то, что испытуемые, с отключенными вибромоторчиками, теряли связь с телом, и, таким образом, частично избавлялись от танатофобии. Подобный метод терапии почти не исследован, однако начало положено и является многообещающим.

2.3 Использование ВР для диагностики дегенеративных заболеваний

Технологии виртуальной реальности помогают в диагностики дегенеративных заболеваний нервной системы.

Специалисты из Томского политехнического университета и Сибирского медицинского университета создали приложение для технологии виртуальной реальности, способное осуществлять проверку способностей человека выполнять определенные операции [10].

С помощью надетых очков виртуальной реальности, испытуемых погружается в виртуальный мир, в котором пространство расположено под наклонным углом. Специальные сенсоры фиксируют то, что испытуемых в реальном мире также меняет положение своего тела, чтобы подстроится под измененные условия виртуального мира.