Выпускная квалификационная работа «Внедрение технологий виртуальной реальности для подавления боли в лечебно-диагностический процесс» (стр. 1 )

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования

КАЗАНСКИЙ  (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВЫСШАЯ ШКОЛА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Направление подготовки: 09.03.03 Прикладная информатика

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Внедрение технологий виртуальной реальности для подавления боли в лечебно-диагностический процесс

Работа завершена:

«___»_____________2017 г. 

Студент группы  11-305  ___________________

Работа допущена к защите:

Научный руководитель

Старший преподаватель

«___»_____________2017 г.  ___________________

Директор Высшей школы ИТИС

«___»_____________2017 г.  __________________

Казань – 2017 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ        4

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ        7

1.1 Обзор технологии виртуальной реальности        7

1.2 Основные технологии виртуальной реальности        8

1.2.1 Шлем и очки виртуальной реальности        8

1.2.2 MotionParallax3D дисплеи        8

1.2.3 Виртуальный ретинальный монитор        9

1.3 История возникновения виртуальной реальности        10

2 ВР В ЛЕЧЕБНО-ДИАГНОСТИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ        12

2.1 Использование ВР при восстановлении двигательных функций        12

2.2 Использование ВР при лечении психических расстройств        13

2.2.1 Лечение деменции        13

2.2.2 Посттравматическая терапия        14

2.2.3 Лечение фобий        15

2.3 Использование ВР для диагностики дегенеративных заболеваний        16

3 ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ЛЕЧЕНИЯ БОЛИ С ПОМОЩЬЮ ВР        17

3.1 Обзор игры «Снежный Мир»        17

3.2 Исследования в Техническом университете Чалмерса        18

3.3 Обоснование выбора направления исследования        20

4 ОПИСАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ        21

4.1 Виды исследуемых болей        21

4.2 Технические средства для проведения исследования        22

4.3 Проведение тестирования        23

4.3.1 Тестирование подавления болевых ощущений        23

4.3.2 Тестирование пациентов с тазовой и хронической болями        25

5 СОЗДАНИЕ КОНЦЕПЦИИ ИГРЫ        29

5.1 Причины создания игры        29

5.2 Реализация концепции игры        29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ        33

ГЛОССАРИЙ        34

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ        35

ПРИЛОЖЕНИЕ А        37

ПРИЛОЖЕНИЕ Б        38

ПРИЛОЖЕНИЕ В        39

ВВЕДЕНИЕ

По данным статистики большая часть населения мира страдает от хронических болей, связано это со стрессами, недосыпанием, малоподвижным образом жизни и многими другими факторами, которые отрицательно сказываются на уровне жизни.

Согласно данным исследования Американского фонда борьбы с болью среди людей [1]:

у 59% боль влияет на общую радость от жизни; у 77% вызывает чувство депрессии; у 70% возникаю проблемы с концентрацией внимания; у 74% снижается их энергетический уровень; у 86% вызывает бессонницу.

Почти в 20% случаях, из-за боли человек не может совершать простые действия, а 13% людей настолько ослаблены болью, что в повседневной жизни нуждаются в помощь.

Но какие же методы борьбы с болью существуют на сегодняшний день?

Как ни парадоксально, но препараты, выписываемые врачами для лечения боли, в большинстве случае только усугубляют боль всего за несколько месяцев приема. Доктор Санджай Гупта, заместитель главного нейрохирурга в больнице Грейди Мемориал и главный медицинский корреспондент CNN, сообщает:

«...Всего после нескольких месяцев приема таблеток в организме начинают происходить изменения. Уменьшается эффективность лекарств и пациенты, как правило, сообщают, что, по сравнению с началом приема таблеток, теперь они уменьшают боль лишь на 30%. Еще большую озабоченность вызывает тот факт, что у подгруппы этих пациентов развивается состояние, известное как гипералгезия, то есть повышенная чувствительность к боли.

Как вы догадываетесь, все это создает ситуацию, когда человек начинает принимать все больше и больше таблеток. И даже если они уже не помогают, они продолжают снижать дыхательную активность организма».

Болеутоляющие также вызывают побочные эффекты. Согласно свидетельствам Американского общества врачей по инвазивному лечению боли, американцы потребляют 80% обезболивающих таблеток в мире, что незамедлительно запускает целый ряд реакций в организме, трудно поддающиеся лечению.

По данным исследования семь из 10 считают, что способы лечения боли должны являться главной задачей медицинского сообщества. Исследование «APPEAL», направленное на изучение и увеличения осведомленности о боли, показало, что лишь 0,2% всего времени изучения в медицинской школе уделено обязательным курсам о боли. А в большинстве медицинских вузов курсы по боли не являются обязательной программой, менее чем в четырех процентах школ проводятся подобные курсы. Несмотря на то, что исследование «APPEAL» было проведено в Европе, оно представляет схожее развитие в США и Канаде. В связи с отсутствием достаточных знаний в области лечения хронических болей, большинству врачей приходится прибегать к единственному решению: рецептурные препараты, не способные действовать на очаг боли.

В связи с развитием компьютерных технологий появилась возможность усовершенствовать подходы в области лечения и снижения болевых ощущений у пациентов.

Реализовать новые подходы лечения помогут технологии, получившие название «виртуальная реальность». Несмотря на то, что технологии виртуальной реальности имеют в основном широкое применение в игровой индустрии, потенциал их внедрения в органы здравоохранения велик. Одним из основных направлений в медицине, применяющих виртуальную реальность, является реабилитация. В последние десять лет технологии виртуальной реальности используется в качестве, как самостоятельной методики, так и интегрированной в другие реабилитационные системы технологий.

На фоне постепенного внедрения технологий виртуальной реальности в медицину, было предпринято проведение исследований в области лечения боли, с помощью данной технологии.

Исследования проводились, совместно с отделением клинической неврологии и клинической лингвистики, на базе университетской клиники Казани.

Цели дипломной работы:

Проведение исследований в области лечения боли, с помощью технологий виртуальной реальности. Проведение тестирования с помощью очков виртуальной реальности. Определение группы болей, наиболее удачно поддающейся лечению. Определение наиболее эффективного игрового терапевтического контента, способного отвлекать пациента от боли. Сбор и анализ результатов проводимых тестирований. Разработка концепции и прототипа игры. Определение возможности дальнейшего внедрения технологий виртуальной реальности в лечебно-диагностический процесс.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Обзор технологии виртуальной реальности

Виртуальная реальность – это технически созданный мир, который передается человеку через его ощущения. Компьютерный синтез свойств, обеспечивающий убедительные ощущения, и реакции виртуальной реальности производятся в режиме реального времени.

Поведение объектов виртуальной реальности совпадают с поведением схожих объектов материальной реальности. Взаимодействие пользователя и объекта происходит согласно законам физики (гравитация, свойства воды, столкновение с предметами и т. п.). Но также пользователю предоставляется возможность частичного нарушения реальных законов физики, например, у пользователя появляется способность летать [2].

Технология виртуальной реальности погружает пользователя в искусственный мир, с помощью специальных сенсорных устройств. Они обеспечивают связь движений пользователя с визуальными эффектами. Компьютером генерируется имитация чувств пользователя, таких как зрение, слух, осязание, а также моторные ощущения.

По статистике 80% информации воспринимается человеком визуально. Технология виртуальной реальности использует данный метод, то есть погружение пользователя в искусственный мир происходит через глаза, каждый глаз взаимодействует со своей картинкой. Отличия картинок не существенны, но именно это создает объемное изображение в виртуальном мире. Данный эффект имеет широкое применение в киноиндустрии, при просмотре 3D-фильмов.

1.2 Основные технологии виртуальной реальности

1.2.1 Шлем и очки виртуальной реальности

Существующие на данный момент шлемы виртуальной реальности можно охарактеризовать, как очки, нежели реальный шлем. Это устройство имеет один или несколько дисплеев, выводящих для каждого глаза свое изображение; систему линз для корректирования геометрии изображения, а также систему трекинга, выполняющую отслеживание ориентации устройства в пространстве. Гироскопы, акселерометры и магнитометры являются основой для трекинга шлемов. Для точной работы системы трекинга при распознании наклонов, поворотов головы пользователя необходим широкий угол обзора. Задержка, между фиксированием изменений положения головы и выводом на дисплей изображения, должна стремиться к минимуму.

1.2.2 MotionParallax3D дисплеи

Данная технология выводит на один или несколько дисплеев определенную сгруппированную проекцию виртуальных объектов, которые формируют у пользователя иллюзию объемного объекта. Происходит это за счет фиксации положения глаз пользователя. При смене положения глаз, изображение на дисплеях меняется.

Каждая система такого типа использует зрительный механизм восприятия объёмного изображения параллакс движения (Motion Parallax). На стереодисплеях, с помощью стереоскопического зрения, отображается стереоизображение. Системы трекинга для MotionParallax3D дисплеев фиксируют координаты глаз пользователей в пространстве. Для реализации данного процесса необходимо применение следующих технологий: оптическая технология (определение координат глаз пользователя на изображении с камеры, отслеживание активных или пассивных маркеров), существенно реже – ультразвуковая.