Więcej niż fantazja: rozszerzona i wirtualna rzeczywistość w medycynie

Technologie VR i AR przestały być futurystyczną ciekawostką. Są realnym wsparciem codziennej pracy lekarzy, terapeutów, diagnostów i nauczycieli. Rozwiązania zintegrowane z systemami obrazowania i planowania zabiegów oferują zupełnie nową jakość opieki nad pacjentem.

Rzeczywistość rozszerzona (Augmented Reality, AR) to technologia umożliwiająca nałożenie cyfrowych informacji – takich jak dane telemetryczne, modele 3D, wizualizacje anatomiczne lub instrukcje – na obraz świata rzeczywistego rejestrowany przez kamerę urządzenia mobilnego, tablet, gogle AR lub okulary typu smart glasses.

Dzięki temu lekarz może jednocześnie obserwować ciało pacjenta i dane diagnostyczne, np. projekcję naczyń krwionośnych czy lokalizację guza. Kluczowym aspektem AR jest ścisła synchronizacja między rzeczywistym środowiskiem a wirtualnymi warstwami, osiągana dzięki zestawowi czujników (akcelerometry, żyroskopy, magnetometry), kamer śledzących otoczenie i technologii SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), która w czasie rzeczywistym mapuje przestrzeń i lokalizuje użytkownika.

Systemy AR często wykorzystują mechanizmy generujące obraz w czasie rzeczywistym (np. Unity, Unreal Engine), które muszą precyzyjnie dopasować geometrię i skalę obiektów cyfrowych do tego, co rzeczywiście widzimy. Do wyświetlania obrazu wykorzystywane są różne technologie – od przezroczystych wyświetlaczy optycznych (optical see-through) po ekrany półprzezroczyste (video see-through), wymagające precyzyjnej kalibracji optyki i kamery.

Rzeczywistość wirtualna (Virtual Reality, VR) to z kolei środowisko całkowicie generowane komputerowo, w którym użytkownik staje się „odcięty” od świata fizycznego. Kluczowym elementem VR jest precyzyjne śledzenie pozycji i orientacji głowy oraz rąk użytkownika – realizowane dzięki zestawom sensorów 6DOF (6 degrees of freedom) oraz kamer zewnętrznych lub wewnętrznych. Wyświetlacze w goglach VR zapewniają wysoką jakość obrazu dzięki odświeżaniu 90-120 Hz i rozdzielczości 4K lub wyższej, a także minimalizują opóźnienia w wyświetlaniu treści, by zapobiec tzw. cyberchorobie (VR sickness).

Technologia jak z gier

Za realistyczne odwzorowanie ruchu i interakcji w rzeczywistości wirtualnej odpowiadają specjalne programy, które symulują aspekty fizyczne oraz sposób wyświetlania obrazu, tak by użytkownik miał wrażenie, że naprawdę porusza się w cyfrowym świecie.

W tym celu stosuje się różne techniki graficzne, np. „forward rendering” (sposób szybkiego rysowania obrazu, który dobrze sprawdza się w goglach VR) oraz „foveated rendering” (metoda wyświetlania obrazu w najwyższej jakości tylko tam, gdzie patrzy użytkownik; reszta jest rozmyta, co umożliwia oszczędzanie mocy obliczeniowej). Z kolei „ray tracing” to technika, która imituje zachowanie światła, co pozwala uzyskać bardziej realistyczne cienie i odbicia.

Systemy VR oferują też dodatkowe elementy zwiększające wrażenie „zanurzenia”, takie jak haptyka (delikatne wibracje i opór odczuwany w dłoniach podczas korzystania z kontrolerów) czy dźwięk przestrzenny, który sprawia, że odgłosy dochodzą z konkretnych kierunków jak w prawdziwym świecie. Obsługa odbywa się za pomocą specjalnych kontrolerów trzymanych w rękach lub systemów śledzących ruchy palców, co pozwala na intuicyjne sterowanie bez fizycznych przycisków.

Z technicznego punktu widzenia systemy AR i VR coraz częściej korzystają z tych samych podzespołów: procesorów mobilnych (SoC), układów graficznych (GPU) oraz mechanizmów sztucznej inteligencji do rozpoznawania gestów, obiektów i mowy.

W rozwiązaniach wysokiej klasy integracja sensorów i oprogramowania zarządzającego pozwala na bardzo niskie opóźnienia oraz kontekstową adaptację wyświetlanych treści. Co ciekawe, obie technologie ewoluują w kierunku rozszerzonej rzeczywistości mieszanej (Extended Reality, XR), w której granice między AR a VR są płynne, a urządzenia potrafią dynamicznie przełączać się między trybami dzięki transparentnym wyświetlaczom i inteligentnemu rozpoznawaniu kontekstu.

Od wykładów po operacje

Początkowy zachwyt nad systemami AR i VR z ostatnich latach nieco wygasł. Dość niesłusznie prognozowano ich powszechne wykorzystanie w wojskowości lub rozrywce (gry i… filmy dla dorosłych). Natomiast dynamicznie rozwija się wykorzystanie techniki rozszerzonej i wirtualnej rzeczywistości w edukacji medycznej. Dzięki symulacjom VR studenci medycyny i młodzi lekarze mogą ćwiczyć zabiegi chirurgiczne, badania fizykalne czy procedury ratunkowe w realistycznym środowisku cyfrowym bez narażania pacjentów.

Rozwiązania oferowane przez polskie firmy, takie jak InventionMed czy EPIC VR, pozwalają na wielokrotne powtarzanie trudnych procedur i natychmiastową analizę błędów. AR natomiast wspiera naukę anatomii i patologii, umożliwiając interakcję z trójwymiarowymi modelami struktur anatomicznych w czasie rzeczywistym. Nie mniej istotnym obszarem jest wykorzystanie AR w salach operacyjnych.

Chirurg, zakładając gogle, może nałożyć obrazy diagnostyczne (z np. tomografii komputerowej, rezonansu magnetycznego) bezpośrednio na ciało pacjenta. Umożliwia to precyzyjną lokalizację zmian i minimalizację ryzyka błędów.

Systemy takie jak CarnaLife Holo – rozwijane przez polską firmę MedApp – oferują interaktywną wizualizację danych medycznych w trójwymiarze i w czasie rzeczywistym. W praktyce przekłada się to na skrócenie czasu operacji, większą dokładność oraz bezpieczeństwo pacjenta. Co więcej, dzięki AR lekarz może korzystać z danych bez odrywania wzroku od pola operacyjnego, co znacznie zwiększa ergonomię pracy.

Sposób na lęk

Technologie immersyjne zmieniają także oblicze terapii i rehabilitacji. Wirtualna rzeczywistość z powodzeniem wspomaga leczenie zaburzeń depresyjnych, stanów lękowych, PTSD, a także rehabilitację neurologiczną i ortopedyczną. Systemy takie jak VR TierOne wykorzystują immersyjne środowiska terapeutyczne, które angażują pacjenta emocjonalnie i poznawczo, poprawiając efektywność terapii.

VR staje się też coraz popularniejszym narzędziem terapeutycznym w psychiatrii i neurologii. W terapii fobii, zaburzeń lękowych i uzależnień umożliwia przeprowadzenie kontrolowanej ekspozycji na bodźce w bezpiecznym środowisku. W leczeniu bólu (zwłaszcza przewlekłego) VR wspomaga dzięki mechanizmom odwracania uwagi relaksację i stymulację poznawczą.

Z kolei w neurorehabilitacji po udarach lub urazach mózgu zastosowanie mają zadania VR aktywizujące pamięć, uwagę, koordynację i funkcje wykonawcze. Lekarzom zapewnia to dostęp do nowoczesnych, atrakcyjnych dla pacjenta i często tańszych metod terapeutycznych. W rehabilitacji poudarowej VR umożliwia realizację ćwiczeń ruchowych w atrakcyjnej, gamifikowanej (wprowadzającej elementy gry) formie, co zwiększa motywację i zaangażowanie pacjenta.

Z perspektywy lekarza to narzędzie pozwalające nie tylko zwiększyć skuteczność leczenia, ale również monitorować postępy i dostosowywać terapię w czasie rzeczywistym.

Technologie AR/VR zaczynają również odgrywać istotną rolę w planowaniu leczenia i diagnostyce. Możliwość interaktywnego oglądania struktur anatomicznych w trójwymiarze, obracania ich, analizowania przekrojów oraz nakładania danych z różnych badań pozwala na lepsze zrozumienie złożonych przypadków. Ułatwia to podejmowanie decyzji terapeutycznych i umożliwia precyzyjne zaplanowanie interwencji chirurgicznych lub zabiegów interwencyjnych. Co istotne, technologia AR może być także wykorzystana w komunikacji z pacjentem – wizualizacja choroby i planu leczenia w postaci interaktywnej prezentacji znacznie ułatwia zrozumienie i akceptację terapii.

Co dalej?

Drzwi do zupełnie nowego podejścia do medycyny – bardziej precyzyjnej, spersonalizowanej i efektywnej kosztowo – otwiera natomiast zintegrowanie technologii AR/VR z istniejącą infrastrukturą medyczną, systemami AI i urządzeniami typu wearable (np. sensory, EEG, EMG). W perspektywie kilku lat można spodziewać się powszechnego wdrożenia tego typu immersyjnych rozwiązań zarówno w dużych szpitalach, jak i prywatnych gabinetach, zwłaszcza w obszarach chirurgii, fizjoterapii, psychoterapii oraz edukacji.

Dla lekarzy AR i VR to nie tylko narzędzia wspomagające pracę. To technologie, które realnie poprawiają jakość leczenia, skracają czas procedur, redukują stres pacjenta, a także oferują nowe możliwości rozwoju zawodowego. Warto już teraz zainteresować się tymi rozwiązaniami i rozważyć ich wdrożenie w codziennej praktyce – tym bardziej że wiele z nich jest opracowywanych w Polsce i dostępnych w języku polskim, przy wsparciu krajowych producentów.

Wirtualne technologie znajdują już też praktyczne zastosowanie. Studenci Śląskiego Uniwersytetu Medycznego uczą się anatomii z wykorzystaniem wirtualnego stołu, co pozwala na interaktywne poznawanie struktury ludzkiego ciała. Naukowcy z Uniwersytetu Wrocławskiego stosują gogle VR w terapii zespołów bólowych. Natomiast Instytut Kardiologii w Aninie wykorzystuje okulary AR podczas zabiegów operacyjnych.

Krzysztof Jakubik

Autor jest redaktorem magazynu CRN, specjalizującym się w tematyce cyfrowego bezpieczeństwa i zaawansowanych rozwiązań IT

Źródło: „Gazeta Lekarska” nr 7-8/2025