TW201426680A - 用於醫學教育與訓練的耳部解剖模型 - Google Patents

Abstract

一耳部解剖模型具有擬真耳廓、管狀構件、感應器、回饋裝置、人造鼓膜構件與光學投影裝置。管狀構件的前端為擬真外耳道構造，且連接至擬真耳廓上的開口。感應器設於管狀構造的管壁內或其內表面上，用以感應管狀構件內表面上或內部空間中之至少一物理量變化，並發出相應的感應訊號。回饋裝置設於管狀構造的管壁內或其內表面上，用以基於感應訊號而發出警示訊號。人造鼓膜構件可拆卸地裝設於管狀構件的內部空間內。光學投影裝置設於管狀構件的內部空間內，用以將影像投影至人造鼓膜構件的可透光膜上或管狀構件前端之內表面上。

Description

用於醫學教育與訓練的耳部解剖模型

本發明是有關於一種耳部解剖模型，且特別是有關於用於醫學教育與臨床診治訓練的耳部解剖模型。

人體耳部是十分複雜精巧的器官，目前耳部理學檢查以及手術的教學與訓練主要使用檢耳鏡(Otoscope)或耳內視鏡(Otoendoscope)，並搭配耳部內視鏡擷取的影像來進行。然而，以檢耳鏡或內視鏡檢查進行訓練，不同人判讀到的特徵可能隨著時間、角度或理解而各不相同。另外，以平面的照片、投影片來呈現病理特徵，往往又因真實性不佳或無法配合病患真實解剖構造變化而減損教學效果。

再者，發生於人類外耳道與中耳的病理異常種類繁多，譬如鼓膜穿孔、積液性中耳炎、急性中耳炎(Acute otitis media)、中耳膽脂瘤(cholesteatoma)、鼓室硬化(tympanosclerosis)、耳垢堵塞等等；不同類型的耳部疾患，其病理特徵可能大相逕庭，再加上相關領域欠缺妥善的教學輔助工具，使得醫學院學生與新進醫師的教育與養成更為困難。

此外，耳鼻喉科的治療經常涉及外科手術。舉例來說，鼓膜穿刺術(tympanocentesis)是一種常見的耳鼻喉科手術，此一手術利用尖銳的特殊器械或針頭刺穿患者的鼓膜，而使得中耳積液能夠排出，以治療一般的中耳 發炎或感染。對於慢性中耳炎(chronic otitis media)或復發型急性中耳炎(recurrent acute otitis media)等較為嚴重的症狀，常透過鼓膜切開術(myringotomy)後在鼓膜上置入壓力平衡管或稱中耳通氣管(pressure equalization tube or ventilation tube)。執行鼓膜穿刺術或切開術時，都需要使器械經由狹窄的外耳道與鼓膜接觸；執行手術的過程中，需要能完整的觀看到外耳道與鼓膜的解剖構造，同時觀察耳膜上的各種變化及經過可透光的鼓膜來確認中耳腔的病症，還需要使用不同的器械通過外耳道於耳道和鼓膜上施行手術。因此，手術的醫師應具備純熟的技巧與精準度，以免因碰觸到無須接觸的解剖位置造成疼痛不適無法進行手術治療或過程中誤傷正常組織。精良的技巧來自於反覆操作；然而到目前為止，耳鼻喉科最常用的訓練方法仍是讓新進醫師在資深醫師的監督下，於患者身上進行手術以累積經驗。這種直接以病患作為練習對象的模式，不但無法確實顧及到病患權益，也不符合目前醫學教育訓練以病患安全為最高準則的潮流。

有鑑於上述缺失，本領域亟需一種訓練用的模型，以供學生與醫療從業人員熟悉健康或異常之外耳、中耳的病理特徵。此外，本領域更需要一種可供耳科手術模擬之用的訓練模型。

發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱 讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。

本發明的一態樣是關於一種擬真的耳部解剖模型，以供使用者熟悉健康或異常之外耳、中耳的病理特徵，或練習耳部治療與手術相關的技巧。

根據本發明一實施方式，所述的耳部解剖模型包含一擬真耳廓、一管狀構件、至少一感應器、至少一回饋裝置、一人造鼓膜構件以及一光學投影裝置。上述擬真耳廓上設有一開口。所述管狀構件有一管壁，且其內表面界定出一內部空間；此外，管狀構件的前端為擬真外耳道構造，且與擬真耳廓上的開口相連接。所述至少一感應器設於管狀構造的管壁內或其內表面上，用以感應管狀構件之內部空間內至少一物理量的變化，並發出相應的一感應訊號。所述至少一回饋裝置設於管狀構造的管壁內或其內表面上，用以基於所述感應訊號而發出警示訊號。上述人造鼓膜構件具有一結構體與一可透光膜，兩者共同界定出一密閉容置空間；此人造鼓膜構件係可拆卸地裝設於該管狀構件的內部空間內，且可透光膜係朝向擬真耳廓之開口方向。所述光學投影裝置設於管狀構件的內部空間內，用以將一影像投影至或該管狀 構件前端之內表面上；此影像可呈現至少一虛擬對象的健康中耳構造或異常中耳或外耳病理特徵。

根據本發明又一實施方式，所述的耳部解剖模型更包含電源供應裝置，其分別電性連接於上述至少一感應器、至少一回饋裝置與光學投影裝置。

於可任選的實施方式中，所述管狀構件的管壁之內表面上設有至少一結合構件，且所人造鼓膜構件的結構體外表面上設有至少一相應的結合構件，藉以將人造鼓膜構件固定於管狀構件的內部空間內。

可任選地，所述光學投影裝置係設於人造鼓膜構件的後方，以將該影像投影至可透光膜上或管狀構件前端之內表面上。

根據本發明一實施方式，上述至少一感應器係設於擬真外耳道構造最狹窄的軟骨硬骨交界處至該擬真外耳道構造終點處之間。

根據本發明多種實施方式，所述的物理量變化可以是壓力變化、音量變化或光線變化或上述之組合。

於可任選的實施方式中，所述的警示訊號可以是聲音訊號、光學訊號、機械震動訊號或其組合。

根據本發明又一實施方式，當所述物理量變化大於一物理量變化門檻值時，回饋裝置可基於感應訊號而發出警示訊號。舉例來說，所述的物理量變化門檻值取決於一虛擬對象的至少一種生理或心理狀態。

可任選地，所述人造鼓膜構件的結構體上設有一側孔，該側孔經操作可選擇性地開啟或閉合，以供向/由該 人造鼓膜構件的密閉容置空間輸入/輸出一填充物。

根據本發明另一實施方式，所述光學投影裝置為一短焦距微投影設備。

本發明的另一態樣是關於一種用於耳科診斷或治療之訓練的系統，以供使用者熟悉健康或異常之外耳、中耳的病理特徵，或練習耳部手術相關的技巧。

根據本發明一實施方式，所述的系統包含如本發明上述態樣/實施方式所述的擬真耳部解剖模型以及一處理模組。所述處理模組包括一通訊連接單元，其與耳部解剖模型通訊連接，藉以將欲投影的影像提供予光學投影裝置。

於一可任選的實施方式中，上述處理模組更包括一影像資料庫，用以儲存複數個影像資料，這些影像資料分別呈現該虛擬對象的健康中耳構造或異常中耳或外耳病理特徵，以作為供該光學投影裝置投影之該影像。於進一步的實施方式中，所述處理模組更包括一操作單元，以供使用者新增影像資料至該影像資料庫或自該影像資料庫刪除該些影像資料其中至少一影像資料。

根據本發明另一實施方式，所述處理模組可任選地包括一生理或心理狀態資料庫，用以儲存與該虛擬患者相關的至少一生理或心理狀態。根據可任選的實施方式，所述處理模組可包含一操作單元，以供使用者編輯與虛擬患者相關的至少一生理或心理狀態。

於又一實施方式中，所述處理模組可任選地包括一控制單元，以供使用者設定一物理量變化門檻值；此門 檻值至少取決於與該虛擬患者相關的至少一生理或心理狀態。於另一可任選的實施方式中，處理模組可將此物理量變化門檻值提供予該至少一回饋裝置，俾使當該物理量變化大於該預設門檻值時，該回饋裝置基於該感應訊號而發出該警示訊號。

在參閱下文實施方式後，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易瞭解本發明之基本精神及其他發明目的，以及本發明所採用之技術手段與實施態樣。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。實施方式中涵蓋了多個具體實施例的特徵以及用以建構與操作這些具體實施例的方法步驟與其順序。然而，亦可利用其他具體實施例來達成相同或均等的功能與步驟順序。

雖然用以界定本發明較廣範圍的數值範圍與參數界是約略的數值，此處已盡可能精確地呈現具體實施例中的相關數值。然而，任何數值本質上不可避免地含有因個別測試方法所致的標準偏差。在此處，「約」通常係指實際數值在一特定數值或範圍的正負10%、5%、1%或0.5%之內。或者是，「約」一詞代表實際數值落在平均值的可接受標準誤差之內，視本發明所屬技術領域中具有通常知識者的考量而定。除了實驗例之外，或除非另有 明確的說明，當可理解此處所用的所有範圍、數量、數值與百分比(例如用以描述材料用量、時間長短、溫度、操作條件、數量比例及其他相似者)均經過「約」的修飾。因此，除非另有相反的說明，本說明書與附隨申請專利範圍所揭示的數值參數皆為約略的數值，且可視需求而更動。至少應將這些數值參數理解為所指出的有效位數與套用一般進位法所得到的數值。

除非本說明書另有定義，此處所用的科學與技術詞彙之含義與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解與慣用的意義相同。此外，在不和上下文衝突的情形下，本說明書所用的單數名詞涵蓋該名詞的複數型；而所用的複數名詞時亦涵蓋該名詞的單數型。

人類耳朵主要分成三個部分：外耳、中耳與內耳，茲概述如下。

外耳的解剖學構造包括耳廓(pinna or auricle)、耳道(auditory canal or ear canal)與鼓膜(ear drum or tympanic membrane)外表面。耳廓的架構是由單一纖維軟骨(fibrocartilage)所構成；其前側具有複雜的凹凸結構，有利於反射與吸收聲波至耳內；而後側則相對平滑。聲波經耳廓反射進入耳道，耳道從耳甲窩到鼓膜外側，其外部約1/3為軟骨部，而內部約2/3為硬骨部。外耳的最後一個部分是鼓膜的外表面，聲波於耳道內傳遞並放大後，到達此處而使鼓膜震動。

中耳係指鼓膜與其後方的鼓室(tympanic cavity)，鼓室內充滿了空氣，且有三個聽小骨(ossicle)：槌骨 (malleus)、砧骨(incus)和鐙骨(stapes)。槌骨的外型為長柄狀，兩端分別與鼓膜和砧骨連接，藉以將鼓膜的震動傳遞至砧骨；砧骨再將震動傳送至另一端的鐙骨。耳咽管(Eustachian Tube)的開口亦位於中耳部位。

內耳包括耳蝸(cochlea)、前庭(vestibule)和半規管(semicircular canals)，其結構為中空狀，並包覆於堅硬的顳骨內，其中空構造內充滿了可流動的淋巴液。耳蝸又可分為前庭階、鼓階、蝸管三個腔室。中耳和內耳的交界處有一個腎形小窗，稱為卵圓窗(oval window or vestibular window)，當聲波震動傳遞到鐙骨的足板(footplate)時，會推動卵圓窗，耳蝸內的液體接受此一聲波撞擊後產生移動，因而刺激耳蝸內螺旋器的聽覺感受細胞，這些聽覺感受細胞可將聽覺訊號由第八對腦神經(即前庭蝸神經)傳送至大腦。

為了提供較為逼真的教學與訓練效果，本發明的一態樣提出一種擬真的耳部解剖模型。在此處，所謂的擬真耳部解剖模型係指該耳部解剖模型的耳廓與外耳道部分呈現出真實人體耳部的一般構造與比例；譬如耳廓前側的凹凸結構、位於耳道入口處的耳孔(ear aperture)等。在較佳的情形中，此擬真耳部解剖模型的觸感與真實人體耳部的觸感相仿。此外，此一擬真耳部解剖模型的尺寸與成人耳部的一般尺寸相當，然本發明不限於此。舉例來說，亦可提供較小的擬真耳部解剖模型，以模擬幼兒或孩童的耳部；或者是可提供較大的擬真耳部解剖模型，以利教學與訓練。

第1圖與第2圖分別繪示根據本發明一實施方式之耳部解剖模型100的外觀與部分剖面圖。

從外觀來看，耳部解剖模型100包括擬真耳廓102與管狀構件110，此管狀構件110的一端(前端)為開放式的，且與設於擬真耳廓102上的耳孔104相連接。

由第2圖的部分解剖圖可以看出，管狀構件110有一管壁112，且管壁112的內表面112S界定出一內部空間114；在管壁112內或其上以及內部空間114內設有多種元件(詳見後述)。此外，為求說明上的簡潔與便利，此處將管狀構件110進一步分為前端110F與後端110R兩個部分。當可理解，此種區分方式不代表管狀構件110必須由兩個部件組成；於本發明一實施例中，管狀構件110的前端110F與後端110R可以是一體成型且連續的部分；但在其他實施例中，前端110F與後端110R可以是可分離、組合的兩個獨立部件。

管狀構件110的前端110F為擬真外耳道構造，其自耳孔104延伸的角度、內徑與長度等結構特徵，皆與一般人類耳朵相似。相較之下，管狀構件110的後端110R則不限於特定結構，只要其能夠容納根據本發明之耳部解剖模型110所包含的必要或任選元件即可。

在可任選的實施例中，所述的擬真耳廓102與管狀構件110除了模擬人體耳部的結構之外，更能夠呈現出類似人體耳部的觸感，以進一步提升訓練過程中的臨場感。此外，擬真耳廓102與管狀構件110亦需具備一定的硬度與韌度，以利使用者操作。可利用任何習知的技 術與材料，特別是人體或器官模型領域中常用的材料，來製備擬真耳廓102與管狀構件110。舉例來說，可選用金屬、礦物(如：硫酸鈣、玻璃纖維等)、塑化材料，或上述材料的組合，來製備擬真耳廓102和/或管狀構件110。作為例示而非限制，上述塑化材料可為橡膠、聚氨酯(polyurethane)樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、環氧樹脂(epoxy)、乙烯基塑膠(vinyl plastics)、矽膠或乳膠等。

為了模擬真實患者的反應，以及瞭解使用者學習的成效，此處提出的耳部解剖模型110還包含至少一感應器120與至少一回饋裝置130。根據本發明不同的實施方式，上述感應器120與回饋裝置130可分別設置於管壁112之內或管壁112的內表面112S上。

第2圖呈現了感應器120的不同配置方式。感應器120a直接設於管壁112的內表面112S之上並與內部空間114接觸，而未設於管壁112內部。相較之下，感應器120b與120c則分別部分或完全設於管壁112內部。在不同的實施方式中，感應器120c的一面可直接與內部空間114接觸，或者是可由內表面112S覆蓋。此外，感應器120亦可整個設置於管壁112內部(類似第2圖中回饋裝置130的配置方式)且不與管壁112的內表面112S接觸。基於說明的目的，第2圖中繪示了多個感應器120，且其配置方式各不相同；然而，本發明不限於特定數目的感應器與配置方式。舉例來說，於一實施方式中，耳部解剖模型100可僅包含單一個感應器120；於其他的實施方 式中，耳部解剖模型100可包含兩個以上的感應器120，但這些感應器的配置方式可以完全相同、部分相同或完全不同。

根據本發明某些實施方式，所述的感應器120係配置於管狀構件110的前端110F(即，擬真外耳道部分)最狹窄的軟骨硬骨交界處至該擬真外耳道構造終點處(前端110F與後端110R交界處)之間。以一般成人的耳部為例，其外耳道長度約為2.3-2.9公分，而所述的軟骨硬骨交界區位於由耳孔104起算的外耳道前三分之一(約0.75-1公分)處。以第2圖為例，感應器120a即設置於此一軟骨硬骨交界處。

根據本發明多種實施方式，感應器120可用以感應管狀構件110(特別是前端的擬真外耳道110F)的內部空間114之內的至少一種物理量變化，如壓力、音量和/或光線變化。

於實際操作下，當使用者將器械深入擬真外耳道110F的內部空間114時，器械會遮蔽內部空間114的光線；此時，採用能夠感應光源強度變化的感應器120可以辨識出器械所在位置和/或器械與擬真外耳道110F內表面112之間的距離，並基於偵測的結果產生相應的感應訊號。於另一實施例中，當器械在擬真外耳道110F的內部空間114中移動時，會造成內部空間114中氣體的流動而使得內部空間114中的壓力發生微小的變化；或者是，當器械接觸到擬真外耳道110F的內表面112時，也會在其上產生一壓力；此時，能夠感應壓力變化的感 應器120可以偵測到這些壓力的改變，並產生相應的感應訊號。此外，於耳科診療的過程中，常會使用特定音頻或音量的聲音來進行檢測；採用能夠感應音量變化的感應器120可以偵測到此種音量的改變，而產生相應的感應訊號。

已知有多種感應器可用以偵測微小的壓力、音量或光線變化；這些感應器以及其均等物，皆適用於此處提出之耳部解剖模型100。

於一實施例中，感應器120可以是光敏電阻，這種薄膜電子元件的電阻值隨著光源強度而變化。根據另一實施例，感應器120可以是微型壓阻式壓力感測器，其使用壓電性(piezoelectric)薄膜，電阻值會隨著壓力的改變而變化。在又一實施例中，感應器120可以是音量偵測器，藉以感應與紀錄音量的變化。於某些實施例中，耳部解剖模型100可包含複數個感應器120，這些感應器120可以是相同或不同的感應裝置，藉以偵測不同的物理量變化。或者是，於某些實施例中，單一的感應器120可兼具二或更多種上述感測功能；而耳部解剖模型100可包含一或更多個此類多功能感應器。

同樣參照第2圖，圖中所示的回饋裝置130係設置於管壁112內部且不與管壁112的內表面112S接觸；然而，本發明不限於此種配置方式。於不同的實施例中，可將一或多個回饋裝置130配置於第2圖中感應裝置120a、120b或120c所在的位置。同樣地，當耳部解剖模型100包含兩個以上的回饋裝置130時，這些回饋裝置 的配置方式可以完全相同、部分相同或完全不同。

於使用中，回饋裝置130可基於感應器120所產生的感應訊號，而發出警示訊號。所述的警示訊號可以是聲音訊號、光學訊號、機械震動訊號，或其任意組合。

承上所述，感應器120所產生的感應訊號能夠反應出擬真外耳道110的內表面112上或內部空間114中的一或多種物理量(壓力、音量與光線)的變化。根據本發明多種實施例，可針對這些物理參數設定一物理量變化門檻值，當物理參數的變化量大於此物理量變化門檻值的時候，使回饋裝置發出上述一或多種警示訊號。上述物理量變化門檻值可由製造商或使用者依經驗或預設的情境來設定，且可視需求加以修改。舉例來說，可以根據虛擬對象的至少一種生理狀態(年齡、性別、體型、耳部或其他部位的疾患類型、服藥治療狀況…等)或心理狀態(譬如患者對於器械治療的接受度)等因素，來設定此物理量變化門檻值。此一特徵使得耳部解剖模型100能夠更逼真地反應臨床狀況，讓使用者能夠透過學習與訓練的過程，提前適應臨床診治時可能遇到的各種病症與患者的反應。

舉例來說，於訓練過程中，當器械接觸到擬真外耳道110F的內表面112時，會使得內表面112上的壓力增加，感應器120即可偵測到此一壓力變化。當上述壓力變化超過物理量變化門檻值時，意味著器械碰觸到內表面112的力道過大，可能會引起真實患者的不適；此時，回饋裝置130可發出警示訊號，以提醒使用者注意此種 情形。或者是，於訓練過程中，感應器120可偵測器械所處的位置，當器械位置正確或錯誤時，回饋裝置130可發出不同的警示訊號，以提升使用者的學習效率。

於一實施方式中，警示訊號可以是單純的機械訊號音(如，嗶聲)、光線訊號(如亮光或閃光)、或機械震動，或以上之任意組合。於另一實施例中，警示訊號可以模擬人類的聲音或話語(如，唉唷)，以提供更為逼真的效果。

於進一步的實施方式中，亦可視所偵測到的物理量相對於物理量變化門檻值的變化量大小，來調整警示訊號的強度或頻率。舉例來說，當器械施加於擬真外耳道110F的內表面112上的壓力越大時，可發出強度較高的警示訊號，已提醒使用者注意。上述警示訊號的強度或頻率例如聲音訊號的大小或重複頻率、光線訊號的明亮或閃爍頻率、震動訊號的強弱或間隔頻率。

雖然第2圖中所示的感應器120與回饋裝置130是兩種獨立存在的裝置，但於一實施例中，亦可將其整合於單一裝置中。譬如，可利用微機電系統技術(micro-electro-mechanical-system，MEMS)將感應器120與回饋裝置130整合於一微機電系統中，透過積體化技術，實現微小快速的感測與回饋系統。

耳部解剖模型100還包含一個人造鼓膜構件140。此人造鼓膜構件140的特徵之一在於具有一可透光膜142，可透光膜142的外型與觸感和人體鼓膜相仿，使得使用者在訓練過程中，能夠熟習刺穿真實鼓膜的感覺。人造 鼓膜構件140的另一個特徵是具有一結構體144，此結構體144和可透光膜142共同界定出一個密閉的容置空間145。此一密閉容置空間145可用以容納填充物(譬如液體或固體填充物)，藉以模擬出不同中耳疾患的情形。在較佳的情形中，結構體144的厚度(沿外耳道縱長方向)近似發炎組織的厚度，以提供使用者更為真實的感受。於不同實施例中，密閉容置空間內可填充不同黏度或色澤的液體，以模擬不同程度的發炎情形。

根據本發明多種實施例，人造鼓膜構件140係可拆卸地裝設於該管狀構件110的內部空間114內；裝設時，使可透光膜142朝向擬真耳廓102的開口104之方向，俾使使用者能夠經由管狀構件的前端(即，擬真外耳道)110F檢視可透光膜142，並進行必要的操作。

於可任選的實施方式中，為了將人造鼓膜構件140保持在管狀構件110內的固定位置，可分別在管狀構件110與人造鼓膜構件140上設置相對應的結合構件116與146。舉例來說，結合構件116和結合構件146可以是互相匹配的機械式卡合構件，但本發明不限於此。於其他實施方式中，亦可不使用固定的結合構件，而採用其他方式(如，黏著劑)來固定人造鼓膜構件140。

第2圖所示的人造鼓膜構件140是由兩個可分離的部件所組成，其中可透光膜142是以可拆卸的方式裝設於結構體144的開口處。於一實施方式中，可在裝設可透光膜142之前，由開口處將填充物裝填於容置空間145之中，而後再將可透光膜142透過卡合、黏著或其他方 式裝設於結構體144上，以封閉結構體144的開口。於另一實施方式中，可在結構體144之上設置一側孔148，此側孔148經操作能夠選擇性地開啟或閉合，以供使用者透過該側孔148，將填充物注入密閉容置空間145之中，或將密閉容置空間145內的填充物排出。

第3圖繪示根據本發明另一實施例的人造鼓膜構件340。人造鼓膜構件340同樣可區分為可透光膜342和結構體344兩個部分，但這兩個部分並非由可分離的獨立構件所組成。於一實施例中，可透光膜342和結構體344是由相同材質透過一體成型的方式所製得，然本發明不限於此。此外，人造鼓膜構件340亦可包含與位於管狀構件110上之結合構件116相對應的結合構件346，以利將人造鼓膜構件340保持在管狀構件110內的所欲位置。於一實施例中，人造鼓膜構件340的密閉容置空間345內已預先灌注了填充物，但本發明不限於此。在其他實施例中，密閉容置空間345內亦可不含填充物，或是人造鼓膜構件340的結構體344上可設有側孔(第3圖中未繪示)，以利使用者向/由密閉容置空間345輸入/輸出填充物。

於某些實施例中，可透光膜142、可透光膜342或整個人造鼓膜構件340可由矽膠、乳膠或其混合物所製成。此外，結構體144或結構體344可由塑膠材料所製成。根據某些實施方式，結構體144、344亦可供光線穿透，俾使位於人造鼓膜構件140、340後方的光學投影裝置150投射出的影像能夠成像於可透光膜142、342之上。

本發明的另一項特徵在於人造鼓膜構件140(特別是可透光膜142)、340為可替換的部件。於實際使用時，若可透光膜142或人造鼓膜構件340經刺穿或因其他原因破損，可直接更換新的可透光膜142或人造鼓膜構件340，而不需要更換一整組的耳部解剖模型100。此一特徵大幅降低了耳部解剖模型100的購置與維護成本。

回到第2圖，本發明的又一項特點在於耳部解剖模型100更具有一光學投影裝置150，其係設於管狀構件110的內部空間114內，其配置位置足以將影像投影至可透光膜142上或管狀構件前端(即，擬真外耳道)110F之內表面112S上。於一實施例中，可將光學投影裝置150設於人造鼓膜構件140的後方(如第2圖所示)。然而，本發明不限於此種配置方式；譬如，亦可將光學投影裝置150設置於人造鼓膜構件140的前方，藉以在可透光膜142或擬真外耳道110F之內表面112S上成像；但須注意，此時光學投影裝置150的設置位置不應阻礙擬真外耳道110F內部空間的通暢性，以免妨礙使用者檢視或操作可透光膜142。

於實際使用中，光學投影裝置150可在模擬真實鼓膜的可透光膜142甚至擬真外耳道110F的內表面112S上投射不同影像，以模擬各種健康或異常之外耳、中耳病理特徵。舉例來說，第4A圖為光學投影裝置150將一健康鼓膜影像A投影於可透光膜142上的示意圖；而第4B圖則是光學投影裝置150將一鼓膜穿孔的影像B投影至可透光膜142上的示意圖。

這種可再現或立體的影像，能夠提升醫學教學與訓練的可靠度與臨場感。此外，相較於傳統上分別使用不同結構的實體擬真鼓膜來呈現不同疾病的病理特徵，此處採用單一人造鼓膜構件140搭配不同影像來模擬不同疾病特徵，更能降低耳部解剖模型100的購置成本。於另一實施方式中，用於投影的影像係來自一可擴充或可編輯的影像資料庫，以利使用者掌握最新的病症或診治技術。

可利用各種微型投影設備或其均等物作為此處所述的光學投影裝置150；於一實施例中，光學投影裝置150為短焦距微投影設備或微型立體(3D)投影設備。

根據本發明實施例，耳部解剖模型100亦可包含一電源供應裝置(圖中未繪示)。電源供應裝置分別與感應器120、回饋裝置130以及光學投影裝置150電性連接，以提供這些裝置作動時所需的電力。可利用各種已知的供電技術與裝置，來實作此處所述的電源供應裝置。於一實施例中，電源供應裝置可利用一次性電池或可重複充放電的二次電池作為電力來源。此外，若使用二次電池，可搭配有線或無線充電技術進行充電。於另一實施例中，電源供應裝置可利用交流電源(如，家用電源)搭配變壓器或整流變壓器作為電力來源。

本發明的另一態樣是關於一種用於耳科診斷或治療之訓練的系統。此系統的特徵在於透過硬體(耳部解剖模型)與軟體(處理模組中儲存的資訊)的搭配，能夠逼真地呈現各種外耳、中耳的病理特徵。再者，使用者 可透過處理模組來修改各種參數，使得耳部解剖模型能夠真實地模擬患者的生理狀況與反應。此外，處理模組中包含可擴充的影像資料庫，可在不需額外添購硬體的情形下，讓使用者熟悉各種新的疾患與技術。

根據本發明一實施方式，所述的用於耳科診斷或治療之訓練的系統包含一個根據本發明上述態樣/實施例所述的耳部解剖模型以及一個處理模組。在較佳的情形中，上述系統可包含一對上述耳部解剖模型(左、右耳各一)。於另一些實施例中，此系統包含一底座，以供放置與固定耳部解剖模型；在較佳的情形中，可將底座設計為人類頭部的外型。此外，上述底座(或人類頭部模型)可具有彈性以供彎曲，使得使用者能夠輕易地調整耳朵配置的角度。

第5圖為根據本發明一實施例之處理模組500的概要圖式，此處理模組500可搭配根據本發明之各種耳部解剖模型(如，第2圖所示的耳部解剖模型100)來使用，下文將同時參照第1至5圖，來描述根據本發明一實施方式的系統。

如第5圖所示，處理模組500包括一或多個通訊連接單元510，其與耳部解剖模型100通訊連接，藉以將欲用於投影的一或多個影像(如，第4A圖所示的影像A)提供予光學投影裝置150。此外，於可任選的實施例中，通訊連接單元510亦可將其他資料(詳見後述)傳輸至耳部解剖模型100的感應器120和/或回饋裝置130。

作為例示而非限制，通訊連接單元510可透過任何 有線(譬如，有線網路或USB等直接有線連接)或無線(如：紅外線、藍芽、通用封包無線服務技術(General Packet Radio Service；簡稱GPRS)與wi-fi)的通訊連接方式，將影像和或參數資料傳輸至耳部解剖模型100。

處理模組500還包括影像資料庫520，其中儲存了複數個影像資料，這些影像資料分別呈現一或多個虛擬對象(或患者)的健康中耳構造或異常中耳或外耳病理特徵。於實際使用中，可將這些影像資料中的一或多個影像資料透過上述通訊連接單元510傳輸至耳部解剖模型100。

於可任選的實施方式中，處理模組500更包括一或多個操作單元530，以供使用者新增、編輯或刪除影像資料庫520中的影像資料。舉例來說，使用者可經由和操作單元530a通訊連接的輸入裝置(未繪示)，將影像資訊輸入至影像資料庫520中，或刪除影像資料庫520內的影像資料。作為例示而非限制，上述輸入裝置可以是鍵盤、指向裝置(如：滑鼠、軌跡球或觸控板)、掃瞄器或其他影像擷取裝置。這些及其他輸入裝置通常經由耦接至系統匯流排之使用者輸入介面連接至處理單元，但亦可經由其他介面及匯流排結構而連接，例如平行埠、遊戲埠、或通用序列匯流排(USB)。

此外，處理模組500亦可包括一生理或心理狀態資料庫540，用以儲存與一或多個虛擬患者相關的生理狀態或心理狀態。於某些實施例中，使用者可經由和操作單元530b通訊連接的輸入裝置(未繪示)，來編輯與虛擬 患者相關的生理或心理狀態。

處理模組500還包括一個控制單元550；使用者可透過和控制單元550通訊連接的輸入裝置(未繪示)來設定一物理量變化門檻值。根據本發明的原理與精神，使用者在設定上述物理量(如：壓力、音量或光線)變化門檻值時，至少應考量與虛擬患者相關的至少一種生理或心理狀態。或者是，本訓練系統可基於生理或心理狀態資料庫540中儲存的資料，透過如顯示器等輸出裝置(未繪示)，提供建議的物理量變化門檻值，以供使用者設定於控制單元550內。

於另一實施例中，控制單元550亦可供使用者設定回饋裝置130所產生的警示訊號類型、警示訊號強度和/或警示訊號頻率。

此外，處理模組500亦可將上述物理量變化門檻值提供予耳部解剖模型100的回饋裝置130，俾使當感應器120偵測到的物理量變化大於預設門檻值時，回饋裝置130可基於感應器120產生的感應訊號而發出警示訊號。

當可想見，雖然此處參照第5圖描述了處理模組500的多種單元，且這些元件各自執行不同的功能；但本發明不限於此。具體而言，可利用一單元來執行一或多種上述功能，或可將單一功能分散由多個單元協力執行。此外，可將處理模組500中的不同單元實作成軟體、硬體和/或軔體。舉例來說，若以執行速度及精確性為首要考量，則該等單元基本上可選用硬體與/或軔體為主；若以設計彈性為首要考量，則該等單元基本上可選用軟體 為主；或者，該等單元可同時採用軟體、硬體及軔體協同作業。應瞭解到，以上所舉的這些例子並沒有所謂孰優孰劣之分，亦並非用以限制本發明，熟習此項技藝者當視當時需要，彈性選擇該等單元的具體實施方式。

下文僅以不同實施例，來說明此處提出的系統運用於耳科診斷或治療之訓練時的某些態樣，以利本發明所屬技術領域中具有通常知識者實作本發明。當可想見，這些實施例僅為例示性質，而不應將這些實施例視為對本發明範圍的限制。據信習知技藝者在閱讀了此處提出的說明後，可在不需過度解讀的情形下，完整利用並實踐本發明。此處所引用的所有公開文獻，其全文皆視為本說明書的一部分。

實施例 實施例1：慢性積液性中耳炎

請同時參照第2圖與第5圖。使用者欲熟悉慢性積液性中耳炎的診斷與手術治療方法時，使用者可使用滑鼠或鍵盤等輸入裝置(未繪示)來操作處理模組500的操作單元530a，以將罹患慢性積液性中耳炎之一患者的通訊連接的輸入裝置(未繪示)，將影像資訊輸入至影像資料庫520中，並使處理模組500透過通訊連接單元510將所述影像傳送至光學投影裝置150，進而成像於人造鼓膜構件140的可透光膜142之上。

以慢性積液性中耳炎為例，此一疾患通常不會顯著影響患者外耳道對於壓力變化的敏感度，因此不需額外 設定訓練系統的物理量變化門檻值，而可以使用預設的一般物理量變化門檻值。舉例來說，此一物理量變化門檻值可取決於一般患者在接受耳科檢查時，能夠容忍器械接觸的壓力極限，當器械觸及患者耳道的力量高過此一物理量變化門檻值的時候，會使患者感到不適，而有所反應(如，喊痛或閃躲)。

舉例來說，耳科診治過程中，通常會使用棉花棒或金屬手術器械，兩者的接觸面直徑分別為約0.2公分與0.02公分。一般來說，診治過程中，醫療從業人員輕觸患者耳道或鼓膜的產生的正向接觸力約為0.01公斤力(kgf)；因此，使用棉花棒時，在器械接觸面上產生的壓力強度約為每平方公分0.318公斤力，相當於0.312巴(bar)；若是採用金屬手術器械，在器械接觸面上產生的壓力強度約為每平方公分31.8公斤力，相當於31.2巴(bar)。

以普通成年健康個體為例，耳道與鼓膜可承受的壓力值約為1到10大氣壓力(相當於於1.033巴到10.33巴)，當壓力強度超過可承受範圍時，極可能造成耳膜穿孔。因此，於一實施例中，可取上述壓力範圍的中間值(即，5巴)作為壓力變化門檻值。於另一實施例中，可針對對於壓力較為敏感的對象(如，幼童、老人或罹患特定疾病者)，降低此壓力變化門檻值(如，調整為0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、或4.5巴)。於又一實施例中，可針對對於壓力較不敏感的對象或接受麻醉的對象，調高壓力變化門檻值(譬如，改為5.5、6、6.5、7、 7.5、8、8.5、9或9.5巴)。

使用者在以檢耳鏡進行檢查訓練或以手術器具進行手術訓練時，器械會經由耳孔104進入擬真外耳道110F。於一實施例中，當器械接觸到擬真外耳道110F的內表面112S時，感應器120可感應到壓力的變化，當外來的壓力超過預設的物理量變化門檻值時，回饋裝置130可發出警示訊號(如，震動、聲音、光線或以上的任意組合)。於另一實施例中，感應器120可感應擬真外耳道110F內的光線變化，以偵測檢查或手術器械的位置，當光線感應受到器械通過形成遮蔽時，回饋裝置120可發出警示訊號，以提示使用者器械是否位於正確或錯誤的位置。於實際手術時，當刀片劃開患者鼓膜而吸取中耳內的積液時，會產生巨大的噪音，引起患者不適。因此，於又一實施例中，當感應器120偵測到手術器械的位置已足以劃破可透光膜142時，回饋裝置120可發出警示訊號，藉以模擬手術中病患的真實反應。以上所述的實施例僅為例示，且並非互斥的實施方式；當可想見，此處所述的系統可同時或分別實作以上實施例。譬如，感應器120可以是能夠感應壓力、光線或音量變化的單一感應器，或可配置多個分別具有不同感應特性的感應器120；且於實際使用中，回饋裝置120可回應各種物理量的改變而發出一或多種警示訊號。

實施例2：急性大疱性耳膜炎

急性大疱性耳膜炎是由病毒引起的急性鼓膜發炎症 狀，因此會導致外耳道對於壓力變化較為敏感。因此，利用本訓練系統來熟悉急性大疱性耳膜炎的診治時，必須調整物理量變化門檻值。舉例來說，可將壓力變化門檻值降低為上文實施例1所述之壓力變化門檻值的二分之一(即，2.5巴)。

與實施例1相似，此處可透過通訊連接單元510將急性大疱性耳膜炎的影像傳送至光學投影裝置150。此影像可預先儲存於影像資料庫520中；或可由使用者透過輸入裝置經由操作單元530a而儲存至影像資料庫520內。

於一實施例中，使用者可透過和操作單元530b通訊連接的輸入裝置(未繪示)，來編輯與患有急性大疱性耳膜炎的虛擬患者之生理或心理狀態；且本訓練系統可透過一螢幕將建議的物理量變化門檻值提供予使用者參考，並由使用者透過控制單元550來設定適當的物理量變化門檻值。於另一實施例中，使用者可不修改生理或心理狀態資料庫540中所儲存的資訊，而直接透過控制單元550來設定適當的物理量變化門檻值。之後，處理模組500可將所設定的新物理量變化門檻值傳送(例如經由通訊連接單元510或其他具有通訊連接能力的元件)至回饋裝置130，俾使感應器120所偵測到的物理量變化高於此新一物理量變化門檻值時，回饋裝置130可發出相應的警示訊號。

實施例3：急性外耳道發炎

急性外耳道發炎是由於外耳道受到環境刺激或皮膚損傷所致。發病初期患者耳道有灼熱感，隨病情發展，外耳道開始腫脹甚至有分泌物流出。

於此實施例中，光學投影裝置150可將腫脹的外耳道影像投影至管狀構件前端(即，擬真外耳道)110F之內表面112S上。另一方面，此一病症會使患者外耳道對於外來刺激更加敏感，故於設定壓力變化門檻值時，可採用極低的門檻值；譬如可將壓力變化門檻值設定為上文實施例1所述之壓力變化門檻值的十分之一(即，0.5巴)。此外，患者於此種情形下，對於外來刺激的反應可能也較為激烈，因此，亦可透過控制單元550來調整回饋裝置130發出的警示訊號強度(譬如，提升音量或震動力道)。

雖然上文實施方式中揭露了本發明的具體實施例，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不悖離本發明之原理與精神的情形下，當可對其進行各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當以附隨申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧耳部解剖模型

102‧‧‧擬真耳廓

104‧‧‧耳孔

110‧‧‧管狀構件

110F‧‧‧管狀構件前端

110R‧‧‧管狀構件後端

112‧‧‧管壁

112S‧‧‧管壁內表面

114‧‧‧內部空間

120、120a、120b、120c‧‧‧感應器

130‧‧‧回饋裝置

140、340‧‧‧人造鼓膜構件

142、342‧‧‧可透光膜

144、344‧‧‧結構體

145、345‧‧‧容置空間

146、346‧‧‧結合構件

148‧‧‧側孔

150‧‧‧光學投影裝置

500‧‧‧處理模組

510‧‧‧通訊連接單元

520‧‧‧影像資料庫

530、530a、530b‧‧‧操作單元

540‧‧‧生理或心理狀態資料庫

550‧‧‧控制單元

為讓本發明的上述與其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖以立體圖繪式根據本發明一實施方式的耳部解剖模型100之外觀；第2圖繪示耳部解剖模型100的部分剖面圖； 第3圖繪示根據本發明另一實施例的人造鼓膜構件340；第4A圖與第4B圖分別為光學投影裝置150將不同影像投影於可透光膜142上的示意圖；以及第5圖為區塊圖，闡明根據本發明一實施例的處理模組500。

根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本發明相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號來指稱相似的元件/部件。

100‧‧‧耳部解剖模型

102‧‧‧擬真耳廓

104‧‧‧耳孔

110‧‧‧管狀構件

110F‧‧‧管狀構件前端

110R‧‧‧管狀構件後端

112‧‧‧管壁

112S‧‧‧管壁內表面

114‧‧‧內部空間

120、120a、120b、120c‧‧‧感應器

130‧‧‧回饋裝置

140‧‧‧人造鼓膜構件

142‧‧‧可透光膜

144‧‧‧結構體

145‧‧‧容置空間

146‧‧‧結合構件

148‧‧‧側孔

150‧‧‧光學投影裝置

Claims (19)

1. 一種耳部解剖模型，包含：一擬真耳廓，其上設有一開口；一管狀構件，具有一前端與一後端，且該管狀構件之管壁的內表面界定出一內部空間，其中該管狀構件的該前端為擬真外耳道構造且與該開口連接；至少一感應器，設於該管狀構造的該管壁內或該管壁的內表面上，用以感應該內表面上或內部空間內的至少一物理量的變化，並發出相應的一感應訊號；至少一回饋裝置，設於該管狀構造的該管壁內或該管壁的內表面上，用以基於該感應訊號而發出一警示訊號；一人造鼓膜構件，其具有一結構體與一可透光膜，兩者共同界定出一密閉容置空間，其中該人造鼓膜構件係可拆卸地裝設於該管狀構件的該內部空間內，且該可透光膜係朝向該擬真耳廓之該開口；以及一光學投影裝置，設於該管狀構件的該內部空間內，其配置位置足以將一影像投影至該可透光膜上或該管狀構件前端之內表面上，其中該影像呈現至少一虛擬對象的健康中耳構造或異常中耳或外耳病理特徵。
2. 如請求項1所述之耳部解剖模型，更包含一電源供應裝置，其分別與該至少一感應器、該至少一回饋裝置與該光學投影裝置電性連接。
3. 如請求項1所述之耳部解剖模型，其中該管狀構件之該管壁的內表面設有至少一結合構件，且該人造鼓膜構件的該結構體之外表面上設有至少一相應的結合構件，藉以將該人造鼓膜構件固定於該管狀構件的該內部空間內。
4. 如請求項1所述之耳部解剖模型，其中該光學投影裝置設於該容置槽之後方。
5. 如請求項1所述之耳部解剖模型，其中該至少一感應器係設於擬真外耳道構造最狹窄的軟骨硬骨交界處至該擬真外耳道構造終點處之間。
6. 如請求項1所述之耳部解剖模型，其中該警示訊號為一聲音訊號、一光學訊號或一機械震動訊號。
7. 如請求項1所述之耳部解剖模型，其中該物理量的變化為壓力、音量或光線的變化。
8. 如請求項1所述之耳部解剖模型，其中當該物理量的變化大於一物理量變化門檻值時，該回饋裝置基於該感應訊號而發出該警示訊號。
9. 如請求項7所述之耳部解剖模型，其中該物理量變化門檻值至少取決於該至少一虛擬對象的生理或心理狀態。
10. 如請求項1所述之耳部解剖模型，其中該人造鼓膜構件的該結構體上設有一側孔，該側孔經操作可選擇性地開啟或閉合，以供向/由該密閉容置空間輸入/輸出一填充物。
11. 如請求項1所述之耳部解剖模型，其中該光學投影裝置為一短焦距微投影設備。
12. 一種用於耳科診斷或治療之訓練的系統，包括：如請求項1所述的耳部解剖模型；以及一處理模組，包括一通訊連接單元，其與該耳部解剖模型通訊連接，藉以將該影像提供予該光學投影裝置。
13. 如請求項12所述之系統，其中該處理模組更包括一影像資料庫，用以儲存複數個影像資料，其中該些影像資料分別呈現該虛擬對象的健康中耳構造或異常中耳或外耳病理特徵，以作為供該光學投影裝置投影之該影像。
14. 如請求項13所述之系統，其中該處理模組更包 括一操作單元，以供使用者新增影像資料至該影像資料庫或自該影像資料庫刪除該些影像資料其中至少一影像資料。
15. 如請求項12所述之系統，其中該處理模組更包括一生理或心理狀態資料庫，用以儲存與該虛擬患者相關的至少一生理或心理狀態。
16. 如請求項15所述之系統，其中該處理模組更包含一操作單元，用以供使用者編輯與該虛擬患者相關的至少一生理或心理狀態。
17. 如請求項12所述之系統，其中該處理模組更包括一控制單元，以供使用者設定一物理量變化門檻值，其中該物理量變化門檻值至少取決於與該虛擬患者相關的至少一生理或心理狀態。
18. 如請求項17所述之系統，其中該處理模組將該物理量變化門檻值提供予該至少一回饋裝置，俾使當該物理量變化大於該預設門檻值時，該回饋裝置基於該感應訊號而發出該警示訊號。
19. 如請求項12所述的系統，其中該耳部解剖模型為請求項2至11任一項所述的耳部解剖模型。