TW202221621A - 用於照護教育之虛擬環境訓練系統 - Google Patents

Abstract

一種用於照護教育之虛擬環境訓練系統，係包括一人機模組，該人機模組用於提供使用介面進行操作與互動，該人機模組電性連接一電子偵測平台，係用以接收該人機模組之電子訊號及資訊，另，該人機模組係電性連接一計算模組，該計算模組係用以接收由該人機模組之電子偵測平台所傳來之訊號及資料，再進行大數據分析及巨量數據之收集，最後，該計算模組係電性連接一顯示模組，係用以接收計算模組之輸出資訊，並透過該顯示模組進行相對應之反饋。

Description

用於照護教育之虛擬環境訓練系統

本發明係有關一種虛擬系統，尤指一種經由虛擬環境進行照護訓練之虛擬環境訓練系統。

目前，在醫療院所、護理機構、療養機構、或家庭內，為協助病患、失能者或身心障礙者生活起居事宜，提供身體、生活照顧及家事服務，通稱為照顧服務員，或是居家服務員，這些照顧服務員提供包括身體方面的照顧服務，或是老人或慢性病患需要從事復健治療服務，以及在日常生活上，協助其更換衣物、沐浴、協助飲食及服藥、協助如廁，測量與記錄每日的飲食攝入與排出量等，工作繁多

而這些照顧服務員的工作看似簡單，但這些服務工作具有其專業性，需要透過專業訓練才能勝任這樣的服務工作；而目前照顧服務員的照護訓練，是依賴人工課程訓練之方式進行，包括透過課程學習及臨床實習等方式來輔以訓練。

然而，這樣的訓練過程雖然是由過去經驗所產生的教材進行，但這樣的訓練過程卻是忽略了在臨床上被照顧者或是家屬的情緒反應訓練，導致被訓練者無法適度的被訓練應該有的反饋或安撫，且這樣的訓練往往是急就章，只能照本宣科的執行，在很多人與人的互動上無法真實的呈現在訓練過程中，成了目前培養照顧服務員課程的缺失。

針對上述之缺失，本發明之主要目的在於提供一種虛擬環境訓練系統，經由虛擬實境之課程，以產生出面對病患、病患家屬時可能會遇到之情景，並經由人機介面適時反饋被訓練者之反應是否得宜，且紀錄被訓練者之解決辦法，分析其行為，給予建設性回饋建議，透過這樣之系統互動性與融入感，增加被訓練者之學習動力及臨場感。

為達成上述之目的，本發明係主要提供一種虛擬環境訓練系統，係包括一人機模組，該人機模組更包括一第一人機單元及一第二人機單元，該第一人機單元及第二人機單元係用於提供使用介面進行操作與互動；一電子偵測平台，係與該第一人機單元及一第二人機單元電性連接，係用以接收該第一人機單元及一第二人機單元之電子訊號及資訊，該電子偵測平台更包括一人體偵測模組，該人體偵測模組係經由該第一人機單元之感應器進行人體生理數據之收集；一影像擷取單元，透過該第一人機單元進行面部影像收集後再回傳；一語音接收單元，係經由該第一人機單元進行語音收集，在回傳至該電子偵測平台；一虛擬環境單元，係與該電子偵測平台電性連接，係產生不同設定之照護訓練之虛擬環境影像，並將虛擬環境影像傳送至該第一人機單元上，並同時接收該第二人機單元之動作偵測訊號；一計算模組，係電性連接該人機模組，該計算模組係用以接收由該人機模組之電子偵測平台所傳來之訊號及資料，在進行後續運算，該計算模組更包括一控制單元，係為該計算模組之運算中心；一輸入單元，係電性連接該控制單元，係用於輸入資訊至控制單元；一輸出單元，係電性連接該控制單元，用以顯示該計算模組所演算後之結果；一運算平台，係電性連接該控制單元，係用以接收該人機介面模組所傳輸之訊號及資料，再進行大數據分析及巨量數據收集；一記憶單元，係電性連接該控制單元，用以儲存本系統之相關資料及檔案，並由該其他元件進行存取；一無線網路單元，係電性連接該控制單元，係用以進行網路訊號之連接；一顯示模組，係電性連接該計算模組，係用以接收計算模組之輸出資訊，並透過該顯示模組進行相對應之反饋。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參閱第一圖，係為本發明之系統方塊圖。本發明之虛擬環境訓練系統係主要包括一人機模組1，一計算模組2及一顯示模組3；其中該人機模組1更包括一第一人機單元11、一第二人機單元12、一電子偵測平台13及一虛擬環境單元14，如第二圖之人機模組系統方塊圖，該第一人機單元11及第二人機單元12係用於提供使用介面進行操作與互動，該第一人機單元11及第二人機單元12係電性連接於該電子偵測平台13，於本實施例中，該第一人機單元11係為一種穿戴式眼鏡，且該穿戴式眼鏡具有影像顯示功能及複數感應器，更具有擷取受試者面部表情影像之功能，該第一人機單元11係用以顯示操作畫面及虛擬實境之影像，同時收集受試者之人體資訊，該人體資訊包括心率，體溫等偵測資訊，並回傳至該電子偵測平台13上，進行後端系統之判斷，而該第二人機單元12係與該第一人機單元11電性連接，該第二人機單元12於本實施例中則為一種穿戴式手套，於該手套上具有複數種感應器，該第二人機單元12係用以偵測該受試者之手勢活動，並對應該第一人機單元11所產生之虛擬影像進行互動，以計算及判斷受試者之相對應反應。

續參閱第二圖。而該電子偵測平台13係用以接收該人機單元11之電子訊號及資訊，在傳送至該計算模組2後進行相關計算或訊號轉換，該電子偵測平台13更包括一人體偵測模組131、一影像擷取單元132及一語音接收單元133，如第三圖之電子偵測平台結構方塊圖所示，其中該人體偵測模組131係經由該第一人機單元11之感應器進行人體生理數據之收集，該人體偵測模組131更包括一動作偵測裝置1311、一瞳孔偵測裝置1312、一心電圖偵測裝置1313及一體溫偵測裝置1314，以同時偵測人體之各項生理訊號，其中該動作偵測裝置1311係透過電性連接之一紅外線攝影機1315拍攝受試者所設設置之複數反光球之位置，經由電子偵測平台13將其拍攝所得之資訊進行動作量化後並重現於數位環境中，再判讀該受試者之反應，又，該瞳孔偵測裝置1312係電性連接該紅外線攝影機1315，以利用該紅外線攝影機1315拍攝該受試者眼睛並偵測開合狀況，以判斷其專注力程度，藉由紅外線光源對瞳孔和虹膜對紅外光吸收率之顯著差別而得到瞳孔影像，再藉由影像處理區域改變，得到受試者在一定範圍內偵測眼球活動、追蹤分析眼瞼狀態和眼球眨眼之注視位置等細部動作以判讀該受試者之反應，再該心電圖偵測裝置1313則是透過該心率對受試者之反應進行分析，該心率係為人體最重要的生理數據，會因年齡、性別及情緒等情況的不同而有不同，所謂心率是為心臟一分鐘之跳動次數，能準確地判斷人之強烈情緒程度，於本實施例中，係利用心率變異數值(HRV)是心臟之連續跳動與跳動之間，每次在時間上間隔之變化量，用來輔助測量壓力指數、身體能量指數、最大攝氧量 VO2 Max、與乳酸閾值等生理數值，該心率變異數值分析係以計算心電圖中之R波，藉由計算RR間之時間間隔，成為一序列之數列，最後，該體溫偵測裝置1314係電性連接該紅外線攝影機1315，該紅外線攝影機1315係內建紅外線體溫檢測功能，係利用該紅外線攝影機1315鎖定受試者之人臉，透過該紅外線攝影機1315內建之紅外線體溫檢測功能進行計算人體溫度，再藉由該電子偵測平台13內部之程式進行判讀，以判斷該受試者之反應；而該影像擷取單元132透過該第一人機單元11進行受試者面部影像收集後再回傳；另，該語音接收單元133係經由該第一人機單元11進行受試者語音收集，在回傳至該電子偵測平台13；又，該虛擬環境單元14係與該電子偵測平台13電性連接，於本實施例中該虛擬環境單元14係為一虛擬產生裝置(Virtual Reality device)，係產生不同設定之照護訓練之虛擬環境影像課程之設計，包括不同之居家或照護機構之虛擬場景，及相對應該些場景之家屬、被照顧者及居服員等人物，並將虛擬環境影像傳送至該第一人機單元11上，並同時接收該第二人機單元12之動作偵測訊號，以進行後續之後端分析。

續參閱第一圖。該計算模組2係電性連接該人機模組1及顯示模組3，該計算模組2係用以接收由該人機模組1之電子偵測平台13所傳來之訊號及資料，在進行後續運算，如第四圖之計算模組結構方塊圖，該計算模組2更包括一控制單元21，該控制單元21係為該計算模組2之運算中心，該控制單元21係分別電性連接至少一輸入單元22及至少一輸出單元23，該輸入單元22係用於輸入資訊至控制單元21，於本實施例中係為一鍵盤，而該輸出單元23則是用以顯示該計算模組2所演算後之結果，於該計算模組2本機上顯示，於本實施例中係為一種顯示螢幕；又，該控制單元21在電性連接一運算平台24，該運算平台24係用以接收該人機介面模組1之電子偵測平台13所傳輸之訊號及資料，再進行大數據分析及機器學習模型之訓練，如第五圖之運算單元結構方塊圖所示，該運算平台24更包括一微控制單元241，該微控制單元241係為該運算平台24之邏輯運算中樞，該微控制單元241係電性連接一身分識別單元242，該身分識別單元242是用以登錄及記錄其受試者之身分及相關紀錄，該身分識別單元242更具有人臉辨識功能於其中；該微控制單元241再分別電性連接一生理分析單元243及一情緒分析單元244，其中該生理分析單元243係用以接收該電子偵測平台13所收集到之生理偵測訊號及資訊，該些生理偵測資訊包括接觸式或非接觸式資訊，該接觸式資訊包括心律變化、體溫變化等，非接觸式資訊如身體微動動作等，再由該生理分析單元243進行分析，再由該分析結果傳送之該情緒分析單元244進行情緒分析並記錄，該情緒分析單元244中設有複數個預測情緒標籤，包括生氣、厭惡，恐懼、高興、難過及驚喜，並比對於已存有紀錄之情緒資料進行比對，並將其分析結果所對應之情緒標籤回饋至該控制單元21；該微控制單元241又電性連接一資料探勘單元245及一大數據單元246，該資料探勘單元245係用以分析教育訓練之相關資料，包括受試者之生理數據或情緒數據，再傳送至該大數據單元246中儲存，於本實施例中該大數據單246係為用以儲存巨量數據之資料庫，該大數據單元246可以電性外接可進行機器學習訓練模型程序之任一裝置進行後續之模型訓練，再回饋至該控制單元21上；最後，該控制單元21再電性連接一記憶單元25及一無線網路單元26，該記憶單元25係為一儲存裝置，用以儲存本系統之相關資料及檔案，並由該其他元件進行存取，而該無線網路單元26係用以進行網路訊號之連接。

續參閱第一圖。該顯示模組3係用以接收計算模組2之輸出資訊，並透過該顯示模組3之元件進行相對應之反饋，以利受試者獲取相關資訊，該顯示模組3更包括一子控制單元31，如第六圖之顯示模組結構方塊圖，該子控制單元31係為該顯示模組3之控制中心，用以接收該計算模組2之輸出訊號，該子控制單元31係電性連接一顯示單元32，於本實施例中該顯示單元32係為一顯示螢幕；另，該子控制單元31電性連接一揚聲單元33，於本實施例中該揚聲單元33係為喇叭；最後，該子控制單元31電性連接一震動單元34，該震動單元34係電性連接複數震動器341，該些震動器341係設於該第二人機單元12上，該震動單元34係用以產生震動訊號觸發該些震動器341，透過該震動行為以回饋受試者在訓練過程中所觸發之程序或警示。

此外，如第七圖之瞳孔偵測裝置結構方塊圖所示，該瞳孔偵測裝置1312內更包括一移動偵測器13121、一定位器13122及一無線通訊器13123，且互為電性連接，其中該移動偵測器13121係電性連接該第一人機單元11，以用於偵測眼睛之移動作用，而該定位器13122則是用於偵測眼睛邊緣位置及眼睛定位之用，最後該無線通訊器13123則是作為網路通訊之串接，藉此收發無線訊號。

請參閱第八圖之影像擷取單元結構方塊圖。如圖所示，該影像擷取單元132更包括一擷取器1321、一統計運算器1322及一無線通訊器1323，且彼此相互電性連接，其中該擷取器1321係用以擷取受試者之面部表情，而該統計運算器1322則是用以統計該面部表情特徵再進行運算，以轉換成可用之統計資訊，最後，該無線通訊器1323則是作為網路通訊之串接，藉此收發無線訊號。

惟以上所述之實施方式，是為較佳之實施實例，當不能以此限定本發明實施範圍，若依本發明申請專利範圍及說明書內容所作之等效變化或修飾，皆應屬本發明下述之專利涵蓋範圍。

1:人機模組

11:第一人機單元 12:第二人機單元

13:電子偵測平台 131:人體偵測模組

1311:動作偵測裝置 1312:瞳孔偵測裝置

13121:移動偵測器 13122:定位器

13123:無線通訊器 1313:心電圖偵測裝置

1314:體溫偵測裝置 1315:紅外線攝影機

132:影像擷取單元 1321:擷取器

1322:統計運算器 1323:無線通訊器

133:語音接收單元 14:虛擬環境單元

2:計算模組

21:控制單元 22:輸入單元

23:輸出單元 24:運算平台

241:微控制單元 242:身分識別單元

243:生理分析單元 244:情緒分析單元

245:資料探勘單元 246:大數據單元

25:記憶單元 26:無線網路單元

3:顯示模組

31:子控制單元 32:顯示單元

33:揚聲單元 34:震動單元

341:震動器

第一圖、係為本發明之系統方塊圖。

第二圖、係為本發明之人機模組系統方塊圖。

第三圖、係為本發明之電子偵測平台結構方塊圖。

第四圖、係為本發明之計算模組結構方塊圖。

第五圖、係為本發明之運算平台結構方塊圖。

第六圖、係為本發明之顯示模組結構方塊圖。

第七圖、係為本發明之瞳孔偵測裝置結構方塊圖。

第八圖、係為本發明之影像擷取單元結構方塊圖。

1:人機模組

2:計算模組

3:顯示模組

Claims (6)

1. 一種虛擬環境訓練系統，係包括： 一人機模組，該人機模組更包括： 一第一人機單元，具有擷取面部表情影像及偵測並收集人體資訊之功能，該第一人機單元係用以顯示操作畫面及虛擬實境之影像； 一第二人機單元，係第一人機單元電性連接，用以偵測該之手勢活動，並對應該第一人機單元所產生之虛擬影像進行互動，以計算及判斷相對應之反應； 一電子偵測平台，係與該第一人機單元及第二人機單元電性連接，係用以接收該人機單元之電子訊號及資訊，該電子偵測平台更包括： 一人體偵測模組，該人體偵測模組係經由該第一人機單元之感應器進行人體生理數據之收集，該人體偵測模組更包括； 一紅外線攝影機，係內建紅外線體溫檢測功能，用以拍攝人體行為及細部動作，再回傳其所拍攝之資訊； 一動作偵測裝置，係電性連接該紅外線攝影機，用以拍攝人體位置，經由電子偵測平台將其拍攝所得之資訊進行動作量化後並重現於數位環境中，以判讀反應； 一瞳孔偵測裝置，係電性連接該紅外線攝影機，係利用該紅外線攝影機拍攝眼睛並偵測開合狀況，以判斷其專注力程度，藉由紅外線光源對瞳孔和虹膜對紅外光吸收率之顯著差別而得到瞳孔影像，再藉由影像處理區域改變，得到在一定範圍內偵測眼球活動、追蹤分析眼瞼狀態和眼球眨眼之注視位置以判讀反應； 一體溫偵測裝置，係電性連接該紅外線攝影機，係利用該紅外線攝影機鎖定人臉，透過該紅外線攝影機內建之紅外線體溫檢測功能進行計算人體溫度，以判斷其反應； 一心電圖偵測裝置，係接收該第一人機單元之人體資訊，對心率資訊進行分析，並計算其R波，藉由計算RR間之時間間隔，以判讀反應； 一影像擷取單元，係電性連接該第一人機單元，以進行面部影像收集後再回傳； 一語音接收單元，係電性連接該第一人機單元，以進行語音收集後回傳； 一虛擬環境單元，係與該電子偵測平台電性連接，係產生不同設定之照護訓練之虛擬環境影像，並將虛擬環境影像傳送至該第一人機單元上，並同時接收該第二人機單元之動作偵測訊號； 一計算模組，係電性連接該人機模組，該計算模組係用以接收由該人機模組之電子偵測平台所傳來之訊號及資料，在進行後續運算，該計算模組更包括: 一控制單元，係為該計算模組之運算中心； 一輸入單元，係電性連接該控制單元，係用於輸入資訊至控制單元； 一輸出單元，係電性連接該控制單元，用以顯示該計算模組所演算後之結果； 一運算平台，係電性連接該控制單元，係用以接收該人機介面模組所傳輸之訊號及資料，再進行大數據分析及機器學習模型之訓練； 一記憶單元，係電性連接該控制單元，用以儲存本系統之相關資料及檔案，並由該其他元件進行存取； 一無線網路單元，係電性連接該控制單元，係用以進行網路訊號之連接； 一顯示模組，係電性連接該計算模組，係用以接收計算模組之輸出資訊，並透過該顯示模組進行相對應之反饋。
2. 如請求項1所述之虛擬環境訓練系統，其中該虛擬環境單元係為一虛擬產生裝置(Virtual Reality device)。
3. 如請求項1所述之虛擬環境訓練系統，其中該運算平台更包括 一微控制單元，該微控制單元係為該運算平台之邏輯運算中樞； 一身分識別單元，係電性連接該微控制單元，用以登錄及記錄其受試者之身分及相關紀錄，並具有人臉辨識功能； 一生理分析單元，係電性連接該微控制單元，用以接收該電子偵測平台所收集到之生理偵測訊號及資訊； 一情緒分析單元，係電性連接該微控制單元，用以進行情緒分析並記錄，並比對於已存有紀錄之情緒資料進行比對； 一資料探勘單元，係電性連接該微控制單元，用以分析教育訓練之相關資料，包括生理數據或情緒數據； 一大數據單元，係電性連接該微控制單元，係用以儲存巨量數據。
4. 如請求項1所述之虛擬環境訓練系統，其中該顯示模組更包括: 一子控制單元，係為該顯示模組之控制中心，用以接收該計算模組之輸出訊號； 一顯示單元，係電性連接該子控制單元，用以顯示系統資訊； 一揚聲單元，係電性連接該子控制單元，用以播放系統資訊； 一震動單元，係電性連接該子控制單元，該震動單元係電性連接複數震動器，該些震動器係設於該第二人機單元上，該震動單元係用以產生震動訊號觸發該些震動器，透過該震動行為以回饋所觸發之程序或警示。
5. 如請求項1所述之虛擬環境訓練系統，其中該瞳孔偵測裝置更包括一移動偵測器、一定位器及一無線通訊器，且互為電性連接。
6. 如請求項1所述之虛擬環境訓練系統，其中該影像擷取單元更包括一擷取器、一統計運算器及一無線通訊器，且彼此相互電性連接。

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