Wirtualna rzeczywistość (WR) to nic innego jak tworzenie obrazów sztucznej rzeczywistości poprzez komputerowe kreowanie elementów świata realnego lub fikcyjnego przy wykorzystaniu technologii informatycznej, jak to ma miejsce w grach komputerowych. Urządzenia wykorzystujące WR generują poprzez różne oprogramowania obrazy, zdarzenia i umożliwiają interakcję z symulowanym otoczeniem, do których użytkownik dostosowuje się dzięki ruchom ciała. Obecnie tworzone komputerowo wizje przedmiotów, przestrzeni i zdarzeń uzupełniane są wielokanałowym dźwiękiem, poczuciem przyspieszenia, przeniesieniem ruchów, interakcją ze światem.  

Systemy wirtualnej rzeczywistości w ciągu minionej dekady były i są przedmiotem wielu badań. Pierwsze urządzenia pozostawały w kategoriach prototypów, jednak dzięki postępującej miniaturyzacji technologii oraz spadającym kosztom produkcji szybko stały się szeroko dostępne. WR początkowo znalazła zastosowanie jako domowa rozrywka. Wraz z upływem czasu zauważono potencjalne korzyści z zastosowania tych technologii w innych dziedzinach nauki. WR wykorzystywana jest do rekonstrukcji historycznych budynków i przestrzeni, w architekturze i projektowaniu wnętrz. W edukacji technologia ta stosowana jest w nauczaniu studentów medycyny między innymi: anatomii, postępowania w pierwszej pomocy, wkłuć dożylnych oraz podnoszeniu kwalifikacji lekarzy w wykonywaniu operacji. W psychiatrii i psychologii może być elementem terapii fobii, lęku i niepokoju, w schizofrenii – ćwiczeń zapamiętywania, rozpoznawania osób, oceny różnych, niespodziewanych sytuacji, W rehabilitacji WR stosowana jest głównie u pacjentów po urazach ortopedycznych, amputacjach, u osób z obecnością przykurczów, po udarach, w obwodowej neuropatii cukrzycowej, w zaburzeniach równowagi u osób starszych oraz u dzieci z porażeniem mózgowym

Zastosowanie wirtualnej rzeczywistości w rehabilitacji

Możliwości technik wirtualnej rzeczywistości limitowane są jedynie kosztami oprogramowania i wyobraźnią programistów i pozwalają na zastosowanie WR w rehabilitacji wielu jednostek chorobowych.  Platformy do generowania WR zapewniają realistyczne środowisko, w którym można prześledzić wpływ wyuczonych wcześniej zachowań i ocenić osobnicze autokorekcje wzorców behawioralnych. Terapia oparta na WR poprawia skupienie, funkcje wykonawcze oraz pamięć, zarówno wizualną, jak i werbalną.  Specjalnie zaprojektowane gry i zabawy z zastosowaniem WR zostały wykorzystane przez pediatrów, u dzieci z porażeniem mózgowym okazały się skutecznie i bardziej motywujące pacjentów do dalszych ćwiczeń. Warto dodać, że w grupie pacjentów pediatrycznych szczególnie istotne jest odpowiednie zainteresowanie pacjenta, co łatwiej osiągnąć w kolorowym i przyjaznym dziecku środowisku świata wirtualnego, szczególnie, jeśli dziecko takie cierpi z powodu autyzmu.  Medyczne zastosowanie WR w rehabilitacji nie ogranicza się jedynie do ludzi młodych i w średnim wieku, w większym stopniu wykorzystujących osiągnięcia technologii w życiu codziennym. Warto wspomnieć o  skutecznym zastosowaniu WR w populacji geriatrycznej. Naukowcy  potwierdzili  bowiem korzystne działanie WR na sprawność motoryczną i reorganizację ośrodków mózgowych u chorych po udarach. Badaniami wykorzystującymi technikę WR w rehabilitacji pacjentów m.in. z zaburzeniami równowagi zajmuje się Prof. Magdalena Józefowicz -  Korczyńska z  Zakładu Układu Równowagi, I Katedry Otolaryngologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi.

Technologie

- Jednym z pierwszych systemów zaprojektowanych z myślą o rehabilitacji jest system CAREN, który ujrzał światło dzienne w 2003 roku. W najprostszej wersji system składa się z okrągłej podstawy o średnicy 2m zamocowanej na 6 siłownikach hydraulicznych umożliwiających zmianę nachylenia oraz ruchy podłoża. Ruch pacjenta w czasie rzeczywistym monitoruje 8 kamer, obraz wyświetlany jest na dużym ekranie projektorowym, całości natomiast dopełnia przestrzenny dźwięk. Najbardziej rozbudowana wersja systemu CAREN-Highend to 3-metrowa platforma z bieżnią wraz z z pełnym zabezpieczeniem pacjenta, zdolna zmieniać nachylenie we wszystkich kierunkach, system 24 kamer rejestrujących ruch oraz olbrzymi projektor w kształcie kopuły obejmującej cały układ. Jest to najdroższe rozwiązanie w dziedzinie WR, bowiem pakiet CAREN-Highend kosztuje ponad 2mln USD.

Kolejnym rozwiązaniem jest system IREX, który wykorzystuje technologię zielonej ściany (ang. green screen) powszechnie używaną w kinematografii. Ekran w jaskrawozielonym kolorze umieszcza się w niej za użytkownikiem, następnie kamery rejestrujące obraz przesyłają informacje do komputera, który „wycina” zielone tło za stojącą lub siedzącą osobą i w to miejsce podkłada dowolnie zaprogramowane otoczenie. Dzięki temu na ekranie wyświetlana jest jego własna postać w wirtualnym otoczeniu. Kamery rejestrują również gesty i ruchy kończyn przenosząc je do wirtualnego świata. System IREX został pozytywnie oceniony i przebadany, głównie w zakresie rehabilitacji pacjentów po przebytym udarze. Jest to tańszy zestaw, kosztuje około 1300 USD.

Niezmiernie godnym uwagi rozwiązaniem jest urządzenie stworzone dla celów rozrywki domowej, które dopiero później trafiło do celów rehabilitacji. Mowa tu  o produkcie firmy Nintendo® – Nintendo Wii Balance Board. Balance board to zestaw czujników odbierających położenie środka ciężkości użytkownika. Urządzenie to jest uzupełnieniem konsoli do gier Nintendo Wii. Sama konsola zrewolucjonizowała multimedia prostym rozwiązaniem -  użytkownik wyposażony jest w kontroler trzymany w dłoni, zaś kamera umieszczona nad telewizorem rozpoznaje kierunek i położenie kontrolera. Podobną zasadę działania wykorzystuje też Playstation Eye.

Urządzeniem, które zrewolucjonizowało w 2010 roku rynek gier wideo jest XBOX 360 Kinect®. Kinect to dwie kamery i promiennik podczerwieni w jednym urządzeniu. Jedna kamera służy do rejestracji obrazu, druga natomiast odczytuje położenie „chmury” punktów emitowanych przez promiennik podczerwieni. Pozwala to uzyskać informację o głębi obrazu oraz gestykulacji do odległości 6.5m od sensora. Następnie rejestrowane ruchy odwzorowywane są przez postać użytkownika w obrazie wyświetlanym na dowolnym podłączonym ekranie”  – tłumaczy Prof. Józefowicz – Korczyńska.

Duży wybór gier sportowych wykorzystujących możliwości Kinecta – na przykład do uprawiania fitnessu, gry w tenisa, golfa lub jazdy na nartach dostępnych w przedziale 100-200zł oraz relatywnie niska cena 1150zł za sensor i wymaganą konsolę XBOX 360 czynią z tego zestawu przystępne 

narzędzie do rehabilitacji w warunkach klinicznych oraz domowych. Jak podkreśla Prof.  Magdalena Józefowicz - Korczyńska: - Olbrzymią zaletą obu systemów jest ich cena, obecnie około 1000 zł, niewygórowane wymagania przestrzenne i sprzętowe oraz możliwość podłączenia do każdego telewizora. Pozwala to na ich zastosowanie w domu, co stanowi wartościowe uzupełnienie terapii. Nintendo Wii z powodzeniem stosowano przy rehabilitacji osób z obwodowym uszkodzeniem narządu równowagi.

W swoich badaniach prof. Korczyńska wraz z zespołem  potwierdziła skuteczność zastosowania WR używając oprogramowanie  Kinect „Rwąca rzeka” do rehabilitacji u pacjentów z zawrotami głowy i zaburzeniami równowagi w uszkodzeniu układu równowagi.

- Zastosowanie Wirtualnej Rzeczywistości w terapii otwiera zupełnie nową perspektywę teleterapii z monitorowaniem postępu przez terapeutę oraz samokontrolę nad wykonywanymi ćwiczeniami (biofeedback). Istotnym aspektem pozostaje wciąż lęk przed nowymi technikami, obecny zarówno pośród pacjentów jak i lekarzy. Niewątpliwie potrzeba dalszych badań klinicznych nad WR, przeprowadzonych na odpowiednio dużych grupach. Istnieją duże różnice między oferowanymi technologiami oraz oprogramowaniem WR, dlatego w przypadku braku efektu przy zastosowaniu jednej, można zastosować inną, dobraną indywidualnie dla potrzeb pacjenta. Ciągły postęp technologiczny sprawia, że z pewnością w niedługim czasie możliwości tych urządzeń znacznie się poszerzą – dodaje Prof. Józefowicz – Korczyńska.