TWI409726B - Catheter sensing structure and simulation device for virtual reality cardiac catheterization training - Google Patents
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Description
本發明係有關於虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造及模擬裝置，特別是指一種擷取操作者之推、拉、旋轉三種動作，並利用動作結合虛擬影像即時反應於一顯示單元上，配合一力回饋單元，產生一虛擬實境之心導管手術效果之導管感應構造及模擬裝置。
心導管手術是臨床上常見的施術方式，例如心肌梗塞（myocardial infarction）的治療，或是搭配閉合器來治療第二型心房中隔缺損（Atrial Septal Defect, ASD）等。術中併用心臟內超音波（ICE），具有降低臨床危險性之優勢。然而2D心臟內超音波影像無法提供立體資訊，臨床醫師需要以想像的方式評估心房的立體結構，此舉需要許多手術上的經驗；例如醫生的手眼協調度與手部施予導管的力量控制等，一不小心很可能會造成心臟與血管壁的永久傷害。此外對於經驗不足的新進醫師，常會避免誤判導管於體內的位置，反覆的使用X光照射病患；這也導致病人身上所受的輻射計量偏高，也多了危險性。
對於心導管手術敎學中，傳統的臨床教學多以術中一對一的方式進行敎學，此種方式除了缺乏反覆練習的機會外，也容易增加手術中的危險因子。
美國專利第5,800,179號「進行微創手術之訓練系統」，主要係用於心導管手術進行之模擬，但其構件繁多，成本甚高，且組裝不易，體積也較大。
對於心導管手術敎學中，傳統的臨床教學多以術中一對一的方式進行敎學，此種方式除了缺乏反覆練習的機會外，也容易增加手術中的危險因子。
美國專利第5,800,179號「進行微創手術之訓練系統」，主要係用於心導管手術進行之模擬，但其構件繁多，成本甚高，且組裝不易，體積也較大。
本發明係以解決上述先前技術所存在構件多，成本高，組裝不易及體積大之問題。
本發明係提供一種虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造，係包括一第一座體、一力回饋單元、一第二座體、一第三座體、一位移感應單元、一旋轉感應單元及一壓力感應單元，其中：第一座體，係設有二軸承座及至少一第一滑件；力回饋單元，係設置於該第一座體，係包括有一第一伺服馬達及一傳動桿，該第一伺服馬達與傳動桿之間以一傳動單元連結，該傳動桿設置於第一座體之二軸承座之間，並該傳動桿設有一移動件，而移動件設有一固定部；第二座體，係設置於該第一座體，對應於該第一座體之第一滑件設有至少一第二滑件，上述移動件之固定部係固結於第二座體，另，第二座體設有一第三滑件；第三座體，係設置於該第二座體，對應於該第二座體之第三滑件設有一第四滑件，該第三座體設有一第一立板、一第二立板及一第三立板，該第一立板與第二立板相互垂直，而該第二立板與第三立板相互平行；位移感應單元，係設置於該第三座體之第一立板，該第一立板係設有二導輪，該二導輪之輪面各設有一圓弧槽，且二導輪之輪面相貼近，另該二導輪各設有一輪軸，該等輪軸貫穿該第一立板，並二導輪之其中之一輪軸係設有一固定塊，另一輪軸設有一第一編碼器；旋轉感應單元，係設置於該第三座體之第二立板，該旋轉感應單元設有一圓筒，並於圓筒外圍設有一緊迫單元，該圓筒設有一容室、一延伸管，該延伸管係貫通該容室，且該容室內設有三滑槽，於該等滑槽各設有一滑塊及一轉輪，該轉輪係結合於該滑塊，該等滑塊各設有一彈性元件，該彈性元件之一端透過圓筒之筒壁而頂抵於該緊迫單元之內壁，另一端貼合於容室之壁面，而三轉輪之間形成有一第一間隙，及該緊迫單元係設有一第一迫合件、一第二迫合件及一第二伺服馬達，該第一迫合件與第二迫合件之一端係為樞接端，另一端係間隔有一第二間隙，該第二伺服馬達設有一傳動軸及一傳動件，該係繞過第二迫合件而連接第一迫合件，另，設置一第一傳動件係結合於該三轉輪之其中之一，該第一傳動件組接一第二傳動件，該第二傳動件樞設於該第二座體之第三立板，而連接一第二編碼器，該第二編碼器係固定於該第三立板；壓力感應單元，係包括有一荷重感應元件及一壓力感應元件，其中該荷重感應元件係固定於該第三座體，而該壓力感應元件則固定於該第二座體。
上述之虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造進一步設有一蓋體，以罩合於該第一座 體。
上述傳動桿為滾珠螺桿或導螺桿。
上述第一滑件、第三滑件為一滑軌，而第二滑件、第四滑件對應為一滑槽，或，該第一滑件、第三滑件為一滑槽，而第二滑件、第四滑件對應為一滑軌。
本發明另提供一種虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置，係包括一第一座體、一力回饋單元、一第二座體、一第三座體、一位移感應單元、一旋轉感應單元、一壓力感應單元、一運算單元、一影像資料庫及一顯示單元，其中：第一座體，係設有二軸承座及至少一第一滑件；力回饋單元，係設置於該第一座體，係包括有一第一伺服馬達及一傳動桿，該第一伺服馬達與傳動桿之間以一傳動單元連結，該傳動桿設置於第一座體之二軸承座之間，並該傳動桿設有一移動件，而移動件設有一固定部；第二座體，係設置於該第一座體，對應於該第一座體之第一滑件設有至少一第二滑件，上述移動件之固定部係固結於第二座體，另，第二座體設有一第三滑件；第三座體，係設置於該第二座體，對應於該第二座體之第三滑件設有一第四滑件，該第三座體設有一第一立板、一第二立板及一第三立板，該第一立板與第二立板相互垂直，而該第二立板與第三立板相互平行；位移感應單元，係設置於該第三座體之第一立板，該第一立板係設有二導輪，該二導輪之輪面各設有一圓弧槽，且二導輪之輪面相貼近，另該二導輪各設有一輪軸，該等輪軸貫穿該第一立板，並二導輪之其中之一輪軸係設有一固定塊，另一輪軸設有一第一編碼器；旋轉感應單元，係設置於該第三座體之第二立板，該旋轉感應單元設有一圓筒，並於圓筒外圍設有一緊迫單元，該圓筒設有一容室、一延伸管，該延伸管係貫通該容室，且該容室內設有三滑槽，於該等滑槽各設有一滑塊及一轉輪，該轉輪係結合於該滑塊，該等滑塊各設有一彈性元件，該彈性元件之一端透過圓筒之筒壁而頂抵於該緊迫單元之內壁，另一端貼合於容室之壁面，而三轉輪之間形成有一第一間隙，及該緊迫單元係設有一第一迫合件、一第二迫合件及一第二伺服馬達，該第一迫合件與第二迫合件之一端係為樞接端，另一端係間隔有一第二間隙，該第二伺服馬達設有一傳動軸及一傳動件，該係繞過第二迫合件而連接第一迫合件，另，設置一第一傳動件係結合於該三轉輪之其中之一，該第一傳動件組接一第二傳動件，該第二傳動件樞設於該第二座體之第三立板，而連接一第二編碼器，該第二編碼器係固定於該第三立板；壓力感應單元，係包括有一荷重感應元件及一壓力感應元件，其中該荷重感應元件係固定於該第三座體，而該壓力感應元件則固定於該第二座體；運算單元，係電性連接該力回饋單元、該位移感應單元、該旋轉感應單元及壓力感應單元；影像資料庫，係電性連接該運算單元；顯示單元，係電性連接該運算單元，用以顯示一模擬合成圖。
上述之虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置進一步設有一蓋體，以罩合於該第一座體。
上述傳動桿為滾珠螺桿或導螺桿。
上述第一滑件、第三滑件為一滑軌，而第二滑件、第四滑件對應為一滑槽，或，該第一滑件、第三滑件為一滑槽，而第二滑件、第四滑件對應為一滑軌。
上述運算單元進一步連接一警示單元。
上述該警示單元係為警報器或閃光燈。
本發明具有下列功效：
1.本發明具有三個自由度的動作取樣，使用者使用本模擬系統時，從一開始導管進入血管受血流阻力到心房內部的搏動都能真實感受模擬實境的力量回饋。
2.使用者施予導管推、拉等手部動作的速度與距離，及旋轉導管的角度等數據，並即時傳回運算單元（電腦）計算並顯示出當時導管與血管相應位置的合成影像，即時作出視覺上的回饋，再利用伺服馬達控制導管速度及位置的方式，該使用者的手部達到力回饋的真實效果，大幅增加臨場模擬手術的效果。
3.操作時，在導管的行進路徑中，導管同時依序通過位移感應單元與旋轉感應單元，因此無論導管的推進、拉回或旋轉等動作，都能即時地被準確擷取，並精確反應動作效果。
4.對於導管遇到阻礙之情況，力回饋單元適時提供力量反饋，有助於提高模擬操作之擬真程度。
5.透過荷重感應元件之配置，操作時之力量上限值（警戒值）與下限值（等力值）均可自由設定，並透過警示單元之警示，可以即時警示操作者的錯誤動作，同時，操作者的錯誤程度，可以透過數據予以呈現，例如轉動角度以度數呈現、位置以公釐呈現、拉力以公克呈現、推力以公克呈現等。
本發明係提供一種虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造，係包括一第一座體、一力回饋單元、一第二座體、一第三座體、一位移感應單元、一旋轉感應單元及一壓力感應單元，其中：第一座體，係設有二軸承座及至少一第一滑件；力回饋單元，係設置於該第一座體，係包括有一第一伺服馬達及一傳動桿，該第一伺服馬達與傳動桿之間以一傳動單元連結，該傳動桿設置於第一座體之二軸承座之間，並該傳動桿設有一移動件，而移動件設有一固定部；第二座體，係設置於該第一座體，對應於該第一座體之第一滑件設有至少一第二滑件，上述移動件之固定部係固結於第二座體，另，第二座體設有一第三滑件；第三座體，係設置於該第二座體，對應於該第二座體之第三滑件設有一第四滑件，該第三座體設有一第一立板、一第二立板及一第三立板，該第一立板與第二立板相互垂直，而該第二立板與第三立板相互平行；位移感應單元，係設置於該第三座體之第一立板，該第一立板係設有二導輪，該二導輪之輪面各設有一圓弧槽，且二導輪之輪面相貼近，另該二導輪各設有一輪軸，該等輪軸貫穿該第一立板，並二導輪之其中之一輪軸係設有一固定塊，另一輪軸設有一第一編碼器；旋轉感應單元，係設置於該第三座體之第二立板，該旋轉感應單元設有一圓筒，並於圓筒外圍設有一緊迫單元，該圓筒設有一容室、一延伸管，該延伸管係貫通該容室，且該容室內設有三滑槽，於該等滑槽各設有一滑塊及一轉輪，該轉輪係結合於該滑塊，該等滑塊各設有一彈性元件，該彈性元件之一端透過圓筒之筒壁而頂抵於該緊迫單元之內壁，另一端貼合於容室之壁面，而三轉輪之間形成有一第一間隙，及該緊迫單元係設有一第一迫合件、一第二迫合件及一第二伺服馬達，該第一迫合件與第二迫合件之一端係為樞接端，另一端係間隔有一第二間隙，該第二伺服馬達設有一傳動軸及一傳動件，該係繞過第二迫合件而連接第一迫合件，另，設置一第一傳動件係結合於該三轉輪之其中之一，該第一傳動件組接一第二傳動件，該第二傳動件樞設於該第二座體之第三立板，而連接一第二編碼器，該第二編碼器係固定於該第三立板；壓力感應單元，係包括有一荷重感應元件及一壓力感應元件，其中該荷重感應元件係固定於該第三座體，而該壓力感應元件則固定於該第二座體。
上述之虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造進一步設有一蓋體，以罩合於該第一座 體。
上述傳動桿為滾珠螺桿或導螺桿。
上述第一滑件、第三滑件為一滑軌，而第二滑件、第四滑件對應為一滑槽，或，該第一滑件、第三滑件為一滑槽，而第二滑件、第四滑件對應為一滑軌。
本發明另提供一種虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置，係包括一第一座體、一力回饋單元、一第二座體、一第三座體、一位移感應單元、一旋轉感應單元、一壓力感應單元、一運算單元、一影像資料庫及一顯示單元，其中：第一座體，係設有二軸承座及至少一第一滑件；力回饋單元，係設置於該第一座體，係包括有一第一伺服馬達及一傳動桿，該第一伺服馬達與傳動桿之間以一傳動單元連結，該傳動桿設置於第一座體之二軸承座之間，並該傳動桿設有一移動件，而移動件設有一固定部；第二座體，係設置於該第一座體，對應於該第一座體之第一滑件設有至少一第二滑件，上述移動件之固定部係固結於第二座體，另，第二座體設有一第三滑件；第三座體，係設置於該第二座體，對應於該第二座體之第三滑件設有一第四滑件，該第三座體設有一第一立板、一第二立板及一第三立板，該第一立板與第二立板相互垂直，而該第二立板與第三立板相互平行；位移感應單元，係設置於該第三座體之第一立板，該第一立板係設有二導輪，該二導輪之輪面各設有一圓弧槽，且二導輪之輪面相貼近，另該二導輪各設有一輪軸，該等輪軸貫穿該第一立板，並二導輪之其中之一輪軸係設有一固定塊，另一輪軸設有一第一編碼器；旋轉感應單元，係設置於該第三座體之第二立板，該旋轉感應單元設有一圓筒，並於圓筒外圍設有一緊迫單元，該圓筒設有一容室、一延伸管，該延伸管係貫通該容室，且該容室內設有三滑槽，於該等滑槽各設有一滑塊及一轉輪，該轉輪係結合於該滑塊，該等滑塊各設有一彈性元件，該彈性元件之一端透過圓筒之筒壁而頂抵於該緊迫單元之內壁，另一端貼合於容室之壁面，而三轉輪之間形成有一第一間隙，及該緊迫單元係設有一第一迫合件、一第二迫合件及一第二伺服馬達，該第一迫合件與第二迫合件之一端係為樞接端，另一端係間隔有一第二間隙，該第二伺服馬達設有一傳動軸及一傳動件，該係繞過第二迫合件而連接第一迫合件，另，設置一第一傳動件係結合於該三轉輪之其中之一，該第一傳動件組接一第二傳動件，該第二傳動件樞設於該第二座體之第三立板，而連接一第二編碼器，該第二編碼器係固定於該第三立板；壓力感應單元，係包括有一荷重感應元件及一壓力感應元件，其中該荷重感應元件係固定於該第三座體，而該壓力感應元件則固定於該第二座體；運算單元，係電性連接該力回饋單元、該位移感應單元、該旋轉感應單元及壓力感應單元；影像資料庫，係電性連接該運算單元；顯示單元，係電性連接該運算單元，用以顯示一模擬合成圖。
上述之虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置進一步設有一蓋體，以罩合於該第一座體。
上述傳動桿為滾珠螺桿或導螺桿。
上述第一滑件、第三滑件為一滑軌，而第二滑件、第四滑件對應為一滑槽，或，該第一滑件、第三滑件為一滑槽，而第二滑件、第四滑件對應為一滑軌。
上述運算單元進一步連接一警示單元。
上述該警示單元係為警報器或閃光燈。
本發明具有下列功效：
1.本發明具有三個自由度的動作取樣，使用者使用本模擬系統時，從一開始導管進入血管受血流阻力到心房內部的搏動都能真實感受模擬實境的力量回饋。
2.使用者施予導管推、拉等手部動作的速度與距離，及旋轉導管的角度等數據，並即時傳回運算單元（電腦）計算並顯示出當時導管與血管相應位置的合成影像，即時作出視覺上的回饋，再利用伺服馬達控制導管速度及位置的方式，該使用者的手部達到力回饋的真實效果，大幅增加臨場模擬手術的效果。
3.操作時，在導管的行進路徑中，導管同時依序通過位移感應單元與旋轉感應單元，因此無論導管的推進、拉回或旋轉等動作，都能即時地被準確擷取，並精確反應動作效果。
4.對於導管遇到阻礙之情況，力回饋單元適時提供力量反饋，有助於提高模擬操作之擬真程度。
5.透過荷重感應元件之配置，操作時之力量上限值（警戒值）與下限值（等力值）均可自由設定，並透過警示單元之警示，可以即時警示操作者的錯誤動作，同時，操作者的錯誤程度，可以透過數據予以呈現，例如轉動角度以度數呈現、位置以公釐呈現、拉力以公克呈現、推力以公克呈現等。
如第一圖至第五圖所示，本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置係包括一第一座體（1）、一力回饋單元（2）、一第二座體（3）、一第三座體（3A）、一位移感應單元（4）、一旋轉感應單元（5）、一壓力感應單元（6）、一運算單元（7）、一影像資料庫（8）、一模擬合成圖（91）及一顯示單元（9），其中：
第一座體（1），係設有二軸承座（11）及至少一第一滑件（12），並進一步設有一蓋體（13）〔如第九圖所示〕，以罩合於該第一座體（1）。
力回饋單元（2），係設置於該第一座體（1），係包括有一第一伺服馬達（21）及一傳動桿（22），該第一伺服馬達（21）與傳動桿（22）之間以一傳動單元（23）連結，該傳動桿（22）設置於第一座體（1）之二軸承座（11）之間，並該傳動桿（22）設有一移動件（24），而移動件（24）設有一固定部（25），及該傳動桿（22）為滾珠螺桿或導螺桿。
第二座體（3），係設置於該第一座體（1），對應於該第一座體（1）之第一滑件（12）設有至少一第二滑件（31），上述移動件（24）之固定部（25）係固結於第二座體（3），另，第二座體（3）設有一第三滑件（32）。
第三座體（3A），係設置於該第二座體（3），對應於該第二座體（3）之第三滑件（32）設有一第四滑件（31A），該第三座體（3A）設有一第一立板（32A）、一第二立板（33A）及一第三立板（34A），該第一立板（32A）與第二立板（33A）相互垂直，而該第二立板（33A）與第三立板（34A）相互平行。
位移感應單元（4），係設置於該第三座體（3A）之第一立板（32A），該第一立板（32A）係設有二導輪（41）（42），該二導輪（41）（42）之輪面各設有一圓弧槽（411）（421），且二導輪（41）（42）之輪面相貼近，另該二導輪（41）（42）各設有一輪軸（412）（422），該等輪軸（412）（422）貫穿該第一立板（32A），並該導輪（41）之輪軸（412）係設有一固定塊（413），另一導輪（42）之輪軸（422）設有一第一編碼器（423）。
旋轉感應單元（5），請併參閱第五圖，係設置於該第三座體（3A）之第二立板（33A），該旋轉感應單元（5）設有一圓筒（51），並於圓筒（51）外圍設有一緊迫單元（52），該圓筒（51）設有一容室（511）、一延伸管（512），該延伸管（512）係貫通該容室（511），且該容室（511）內設有三滑槽（513），於該等滑槽（513）各設有一滑塊（514）及一轉輪（515），該轉輪（515）係結合於該滑塊（514），該等滑塊（514）各設有一彈性元件（516），該彈性元件（516）之一端透過圓筒（51）之筒壁而頂抵於該緊迫單元（52）之內壁，另一端貼合於容室（511）之壁面，而三轉輪（515）之間形成有一第一間隙（517），及該緊迫單元（52）係設有一第一迫合件（521）、一第二迫合件（522）及一第二伺服馬達（523），該第一迫合件（521）與第二迫合件（522）之一端係為樞接端，另一端係間隔有一第二間隙（524），該第二伺服馬達（523）設有一傳動軸（525）及一傳動件（526），該傳動件（526）係繞過第二迫合件（522）而連接第一迫合件（521），另，設置一第一傳動件（53）係結合於該三轉輪（515）之其中之一，該第一傳動件（53）組接一第二傳動件（54），該第二傳動件（54）樞設於該第二座體（3）之第三立板（34A），而連接一第二編碼器（55），該第二編碼器（55）係固定於該第三立板（34A）。
壓力感應單元（6），係包括有一荷重感應元件（61）及一壓力感應元件（62），其中該荷重感應元件（61）係固定於該第三座體（3A），而該壓力感應元件（62）則固定於該第二座體（3）。
運算單元（7），係電性連接該力回饋單元（2）、位移感應單元（4）、旋轉感應單元（5）及壓力感應單元（6），另外，該運算單元（7）進一步連接一警示單元（71），而該警示單元（71）係為警報器或閃光燈。
影像資料庫（8），係電性連接該運算單元（7），該影像資料庫（8）內建有血管內之虛擬實境影像、VRML〔Virtual Reality Modeling Language〕瀏覽模式建立一虛擬實境心臟內空間的導引系統及其應用程式。
顯示單元（9），係電性連接該運算單元（7），用以顯示一模擬合成圖（91）。
上述傳動桿為滾珠螺桿或導螺桿。
上述第一滑件（12）、第三滑件（32）為一滑軌，而第二滑件（31）、第四滑件（31A）對應為一滑槽，或，該第一滑件（12）、第三滑件（32）為一滑槽，而第二滑件（31）、第四滑件（31A）對應為一滑軌。
操作時，係如第六圖、第七圖、第八圖及第九圖所示，請先參閱第六圖，將一導管（A）由位移感應單元（4）之二導輪（41）（42）之切面處，即二圓弧槽（411）（421）之相接處穿入二導輪（41）（42）之間，當導管（A）進入二導輪（41）（42）之切面，即可藉由磨擦力傳動二導輪（41）（42），導輪（42）之第一編碼器（423）隨即啟動，經由計算導輪（41）（42）轉動前進之周長，進而計算出導管（A）之位移量。
如第七圖所示，併請參考第五圖，導管（A）前進至旋轉感應單元（5）之三轉輪（515），由三轉輪（515）間之第一間隙（517）穿入，再進入延伸管（512），當導管（A）進入三轉輪（515）之第一間隙（517）時，係藉由彈性元件（516）使三轉輪（515）對於導管（A）產生適當之緊度，因此，當導管（A）做旋轉運動時，也會帶動三轉輪（515）轉動，因而帶動三轉輪（515）其中之一之第一傳動件（53），再由該第一傳動件（53）傳動第二傳動件（54），進而傳遞至第二編碼器（55）；另外，圓筒（51）外圍之緊迫單元（52）所設置有相互樞接之第一迫合件（521）及第二迫合件（522），二者之間間隔有一第二間隙（524），其主要作動為利用第二伺服馬達（523）之傳動軸（525）連動傳動件（526），該傳動件（526）係繞過第二迫合件（522）而連接第一迫合件（521），因該動作而將第一迫合件（521）向第二迫合件（522）方向移動，該第二間隙（524）也會逐漸變小，最小時則如第七圖所示，第一迫合件（521）及第二迫合件（522）完全貼合，而該動作係由影像資料庫（8）所建置之血管內之虛擬實境影像、VRML瀏覽模式建立一虛擬實境心臟內空間的導引系統及其應用程式，經由運算單元（7）模擬導管旋轉時遇到阻礙的情況，讓使用者（B）感受導管（A）在旋轉時有力量回饋的感覺。
另外，如第八圖所示，當使用者（B）在操作導管（A）的過程中會施予導管（A）一軸向之力量，當該力量過大時，由於第二座體（3）及第三座體（3A）間係以第三滑件（32）及第四滑件（31A）結合，因此第三座體（3A）受到該作用力會有小幅度移動，而當該作用力過大時，壓力感應單元（6）之壓力感應元件（62）感應到荷重感應元件（61）所賦予之壓力時，壓力感應元件（62）會啟動運算單元（7）所連接之警示單元（71），以警示使用者（B）施力過當；另外，力回饋單元（2）之作用，係在於導管（A）行進時，由於血管係為立體之形態，且具有直線及轉彎處，導管（A）位在不同之血管位置，使用者（B）施力於導管（A）之力量也會有所不同，因此力回饋單元（2）會依據影像資料庫（8）所建置之血管內之虛擬實境影像、VRML瀏覽模式建立一虛擬實境心臟內空間的導引系統及其應用程式，經由運算單元（7）可以模擬導管遇到阻礙的情況，讓使用者（B）有力量回饋的感覺。
再，如第九圖所示，併請參閱第一圖，使用者（B）在操作導管（A）時，係藉由第一編碼器（422）紀錄使用者（B）操作導管（A）的相對位移量，以運算單元（7）進行零點運算後，得知導管（A）的位置，進而配合力回饋單元（2），及藉由第二編碼器（55）紀錄使用者（B）操作導管（A）的相對旋轉角度，在不同的場景處，對應顯示單元（9）所顯示的模擬合成圖（91），進而達到力量與視覺回饋的效果。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以侷限本發明之特徵，舉凡利用本發明相關之技術手段、創設原理之再創作，仍屬本發明的創作範疇。因此本發明圖式及說明書所作之陳述並非用以限定本發明實施之範圍；任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。
第一座體（1），係設有二軸承座（11）及至少一第一滑件（12），並進一步設有一蓋體（13）〔如第九圖所示〕，以罩合於該第一座體（1）。
力回饋單元（2），係設置於該第一座體（1），係包括有一第一伺服馬達（21）及一傳動桿（22），該第一伺服馬達（21）與傳動桿（22）之間以一傳動單元（23）連結，該傳動桿（22）設置於第一座體（1）之二軸承座（11）之間，並該傳動桿（22）設有一移動件（24），而移動件（24）設有一固定部（25），及該傳動桿（22）為滾珠螺桿或導螺桿。
第二座體（3），係設置於該第一座體（1），對應於該第一座體（1）之第一滑件（12）設有至少一第二滑件（31），上述移動件（24）之固定部（25）係固結於第二座體（3），另，第二座體（3）設有一第三滑件（32）。
第三座體（3A），係設置於該第二座體（3），對應於該第二座體（3）之第三滑件（32）設有一第四滑件（31A），該第三座體（3A）設有一第一立板（32A）、一第二立板（33A）及一第三立板（34A），該第一立板（32A）與第二立板（33A）相互垂直，而該第二立板（33A）與第三立板（34A）相互平行。
位移感應單元（4），係設置於該第三座體（3A）之第一立板（32A），該第一立板（32A）係設有二導輪（41）（42），該二導輪（41）（42）之輪面各設有一圓弧槽（411）（421），且二導輪（41）（42）之輪面相貼近，另該二導輪（41）（42）各設有一輪軸（412）（422），該等輪軸（412）（422）貫穿該第一立板（32A），並該導輪（41）之輪軸（412）係設有一固定塊（413），另一導輪（42）之輪軸（422）設有一第一編碼器（423）。
旋轉感應單元（5），請併參閱第五圖，係設置於該第三座體（3A）之第二立板（33A），該旋轉感應單元（5）設有一圓筒（51），並於圓筒（51）外圍設有一緊迫單元（52），該圓筒（51）設有一容室（511）、一延伸管（512），該延伸管（512）係貫通該容室（511），且該容室（511）內設有三滑槽（513），於該等滑槽（513）各設有一滑塊（514）及一轉輪（515），該轉輪（515）係結合於該滑塊（514），該等滑塊（514）各設有一彈性元件（516），該彈性元件（516）之一端透過圓筒（51）之筒壁而頂抵於該緊迫單元（52）之內壁，另一端貼合於容室（511）之壁面，而三轉輪（515）之間形成有一第一間隙（517），及該緊迫單元（52）係設有一第一迫合件（521）、一第二迫合件（522）及一第二伺服馬達（523），該第一迫合件（521）與第二迫合件（522）之一端係為樞接端，另一端係間隔有一第二間隙（524），該第二伺服馬達（523）設有一傳動軸（525）及一傳動件（526），該傳動件（526）係繞過第二迫合件（522）而連接第一迫合件（521），另，設置一第一傳動件（53）係結合於該三轉輪（515）之其中之一，該第一傳動件（53）組接一第二傳動件（54），該第二傳動件（54）樞設於該第二座體（3）之第三立板（34A），而連接一第二編碼器（55），該第二編碼器（55）係固定於該第三立板（34A）。
壓力感應單元（6），係包括有一荷重感應元件（61）及一壓力感應元件（62），其中該荷重感應元件（61）係固定於該第三座體（3A），而該壓力感應元件（62）則固定於該第二座體（3）。
運算單元（7），係電性連接該力回饋單元（2）、位移感應單元（4）、旋轉感應單元（5）及壓力感應單元（6），另外，該運算單元（7）進一步連接一警示單元（71），而該警示單元（71）係為警報器或閃光燈。
影像資料庫（8），係電性連接該運算單元（7），該影像資料庫（8）內建有血管內之虛擬實境影像、VRML〔Virtual Reality Modeling Language〕瀏覽模式建立一虛擬實境心臟內空間的導引系統及其應用程式。
顯示單元（9），係電性連接該運算單元（7），用以顯示一模擬合成圖（91）。
上述傳動桿為滾珠螺桿或導螺桿。
上述第一滑件（12）、第三滑件（32）為一滑軌，而第二滑件（31）、第四滑件（31A）對應為一滑槽，或，該第一滑件（12）、第三滑件（32）為一滑槽，而第二滑件（31）、第四滑件（31A）對應為一滑軌。
操作時，係如第六圖、第七圖、第八圖及第九圖所示，請先參閱第六圖，將一導管（A）由位移感應單元（4）之二導輪（41）（42）之切面處，即二圓弧槽（411）（421）之相接處穿入二導輪（41）（42）之間，當導管（A）進入二導輪（41）（42）之切面，即可藉由磨擦力傳動二導輪（41）（42），導輪（42）之第一編碼器（423）隨即啟動，經由計算導輪（41）（42）轉動前進之周長，進而計算出導管（A）之位移量。
如第七圖所示，併請參考第五圖，導管（A）前進至旋轉感應單元（5）之三轉輪（515），由三轉輪（515）間之第一間隙（517）穿入，再進入延伸管（512），當導管（A）進入三轉輪（515）之第一間隙（517）時，係藉由彈性元件（516）使三轉輪（515）對於導管（A）產生適當之緊度，因此，當導管（A）做旋轉運動時，也會帶動三轉輪（515）轉動，因而帶動三轉輪（515）其中之一之第一傳動件（53），再由該第一傳動件（53）傳動第二傳動件（54），進而傳遞至第二編碼器（55）；另外，圓筒（51）外圍之緊迫單元（52）所設置有相互樞接之第一迫合件（521）及第二迫合件（522），二者之間間隔有一第二間隙（524），其主要作動為利用第二伺服馬達（523）之傳動軸（525）連動傳動件（526），該傳動件（526）係繞過第二迫合件（522）而連接第一迫合件（521），因該動作而將第一迫合件（521）向第二迫合件（522）方向移動，該第二間隙（524）也會逐漸變小，最小時則如第七圖所示，第一迫合件（521）及第二迫合件（522）完全貼合，而該動作係由影像資料庫（8）所建置之血管內之虛擬實境影像、VRML瀏覽模式建立一虛擬實境心臟內空間的導引系統及其應用程式，經由運算單元（7）模擬導管旋轉時遇到阻礙的情況，讓使用者（B）感受導管（A）在旋轉時有力量回饋的感覺。
另外，如第八圖所示，當使用者（B）在操作導管（A）的過程中會施予導管（A）一軸向之力量，當該力量過大時，由於第二座體（3）及第三座體（3A）間係以第三滑件（32）及第四滑件（31A）結合，因此第三座體（3A）受到該作用力會有小幅度移動，而當該作用力過大時，壓力感應單元（6）之壓力感應元件（62）感應到荷重感應元件（61）所賦予之壓力時，壓力感應元件（62）會啟動運算單元（7）所連接之警示單元（71），以警示使用者（B）施力過當；另外，力回饋單元（2）之作用，係在於導管（A）行進時，由於血管係為立體之形態，且具有直線及轉彎處，導管（A）位在不同之血管位置，使用者（B）施力於導管（A）之力量也會有所不同，因此力回饋單元（2）會依據影像資料庫（8）所建置之血管內之虛擬實境影像、VRML瀏覽模式建立一虛擬實境心臟內空間的導引系統及其應用程式，經由運算單元（7）可以模擬導管遇到阻礙的情況，讓使用者（B）有力量回饋的感覺。
再，如第九圖所示，併請參閱第一圖，使用者（B）在操作導管（A）時，係藉由第一編碼器（422）紀錄使用者（B）操作導管（A）的相對位移量，以運算單元（7）進行零點運算後，得知導管（A）的位置，進而配合力回饋單元（2），及藉由第二編碼器（55）紀錄使用者（B）操作導管（A）的相對旋轉角度，在不同的場景處，對應顯示單元（9）所顯示的模擬合成圖（91），進而達到力量與視覺回饋的效果。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以侷限本發明之特徵，舉凡利用本發明相關之技術手段、創設原理之再創作，仍屬本發明的創作範疇。因此本發明圖式及說明書所作之陳述並非用以限定本發明實施之範圍；任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。
（１）‧‧‧第一座體
（１１）‧‧‧軸承座
（１２）‧‧‧第一滑件
（１３）‧‧‧蓋體
（２）‧‧‧力回饋單元
（２１）‧‧‧第一伺服馬達
（２２）‧‧‧傳動桿
（２３）‧‧‧傳動單元
（２４）‧‧‧移動件
（２５）‧‧‧固定部
（３）‧‧‧第二座體
（３１）‧‧‧第二滑件
（３２）‧‧‧第三滑件
（３Ａ）‧‧‧第三座體
（３１Ａ）‧‧‧第四滑件
（３２Ａ）‧‧‧第一立板
（３３Ａ）‧‧‧第二立板
（３４Ａ）‧‧‧第三立板
（５）‧‧‧位移感應單元
（４１）（４２）‧‧‧導輪
（４１１）（４２１）‧‧‧圓弧槽
（４１２）（４２２）‧‧‧輪軸
（４１３）‧‧‧固定塊
（４２３）‧‧‧第一編碼器
（５）‧‧‧旋轉感應單元
（５１）‧‧‧圓筒
（５１１）‧‧‧容室
（５１２）‧‧‧延伸管
（５１３）‧‧‧滑槽
（５１４）‧‧‧滑塊
（５１５）‧‧‧轉輪
（５１６）‧‧‧彈性元件
（５１７）‧‧‧第一間隙
（５２）‧‧‧緊迫單元
（５２１）‧‧‧第一迫合件
（５２２）‧‧‧第二迫合件
（５２３）‧‧‧第二伺服馬達
（５２４）‧‧‧第二間隙
（５２５）‧‧‧傳動軸
（５２６）‧‧‧傳動件
（５３）‧‧‧第一傳動件
（５４）‧‧‧第二傳動件
（５５）‧‧‧第二編碼器
（６）‧‧‧壓力感應單元
（６１）‧‧‧荷重感應元件
（６２）‧‧‧壓力感應元件
（７）‧‧‧運算單元
（７１）‧‧‧警示單元
（８）‧‧‧影像資料庫
（９）‧‧‧顯示單元
（９１）‧‧‧模擬合成圖
（Ａ）‧‧‧導管
（Ｂ）‧‧‧使用者
（１１）‧‧‧軸承座
（１２）‧‧‧第一滑件
（１３）‧‧‧蓋體
（２）‧‧‧力回饋單元
（２１）‧‧‧第一伺服馬達
（２２）‧‧‧傳動桿
（２３）‧‧‧傳動單元
（２４）‧‧‧移動件
（２５）‧‧‧固定部
（３）‧‧‧第二座體
（３１）‧‧‧第二滑件
（３２）‧‧‧第三滑件
（３Ａ）‧‧‧第三座體
（３１Ａ）‧‧‧第四滑件
（３２Ａ）‧‧‧第一立板
（３３Ａ）‧‧‧第二立板
（３４Ａ）‧‧‧第三立板
（５）‧‧‧位移感應單元
（４１）（４２）‧‧‧導輪
（４１１）（４２１）‧‧‧圓弧槽
（４１２）（４２２）‧‧‧輪軸
（４１３）‧‧‧固定塊
（４２３）‧‧‧第一編碼器
（５）‧‧‧旋轉感應單元
（５１）‧‧‧圓筒
（５１１）‧‧‧容室
（５１２）‧‧‧延伸管
（５１３）‧‧‧滑槽
（５１４）‧‧‧滑塊
（５１５）‧‧‧轉輪
（５１６）‧‧‧彈性元件
（５１７）‧‧‧第一間隙
（５２）‧‧‧緊迫單元
（５２１）‧‧‧第一迫合件
（５２２）‧‧‧第二迫合件
（５２３）‧‧‧第二伺服馬達
（５２４）‧‧‧第二間隙
（５２５）‧‧‧傳動軸
（５２６）‧‧‧傳動件
（５３）‧‧‧第一傳動件
（５４）‧‧‧第二傳動件
（５５）‧‧‧第二編碼器
（６）‧‧‧壓力感應單元
（６１）‧‧‧荷重感應元件
（６２）‧‧‧壓力感應元件
（７）‧‧‧運算單元
（７１）‧‧‧警示單元
（８）‧‧‧影像資料庫
（９）‧‧‧顯示單元
（９１）‧‧‧模擬合成圖
（Ａ）‧‧‧導管
（Ｂ）‧‧‧使用者
第一圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造及模擬裝置之前視外觀圖。
第二圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造及模擬裝置之後視外觀圖。
第三圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造及模擬裝置之架構示意圖。
第四圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造及模擬裝置之前視圖。
第五圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造及模擬裝置之旋轉感應單元之示意圖。
第六圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造及模擬裝置之剖視圖暨操作導管之示意圖。
第七圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置之旋轉感應單元之作動示意圖。
第八圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置之俯視圖。
第九圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置之操作示意圖。
第二圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造及模擬裝置之後視外觀圖。
第三圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造及模擬裝置之架構示意圖。
第四圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造及模擬裝置之前視圖。
第五圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造及模擬裝置之旋轉感應單元之示意圖。
第六圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造及模擬裝置之剖視圖暨操作導管之示意圖。
第七圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置之旋轉感應單元之作動示意圖。
第八圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置之俯視圖。
第九圖係為本發明虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置之操作示意圖。
(1)‧‧‧第一座體
(11)‧‧‧軸承座
(12)‧‧‧第一滑件
(2)‧‧‧力回饋單元
(21)‧‧‧第一伺服馬達
(22)‧‧‧傳動桿
(23)‧‧‧傳動單元
(24)‧‧‧移動件
(25)‧‧‧固定部
(3)‧‧‧第二座體
(31)‧‧‧第二滑件
(32)‧‧‧第三滑件
(3A)‧‧‧第三座體
(32A)‧‧‧第一立板
(33A)‧‧‧第二立板
(4)‧‧‧位移感應單元
(41)(42)‧‧‧導輪
(411)(421)‧‧‧圓弧槽
(412)(422)‧‧‧輪軸
(413)‧‧‧固定塊
(423)‧‧‧第一編碼器
(5)‧‧‧旋轉感應單元
(51)‧‧‧圓筒
(511)‧‧‧容室
(512)‧‧‧延伸管
(515)‧‧‧轉輪
(52)‧‧‧緊迫單元
(523)‧‧‧第二伺服馬達
(524)‧‧‧第二間隙
(525)‧‧‧傳動軸
(526)‧‧‧傳動件
(55)‧‧‧第二編碼器
(6)‧‧‧壓力感應單元
(61)‧‧‧荷重感應元件
(62)‧‧‧壓力感應元件
Claims (10)
- 一種虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造，係包括：
一第一座體，係設有二軸承座及至少一第一滑件；
一力回饋單元，係設置於該第一座體，係包括有一第一伺服馬達及一傳動桿，該第一伺服馬達與傳動桿之間以一傳動單元連結，該傳動桿設置於第一座體之二軸承座之間，並該傳動桿設有一移動件，而移動件設有一固定部；
一第二座體，係設置於該第一座體，對應於該第一座體之第一滑件設有至少一第二滑件，上述移動件之固定部係固結於第二座體，另，第二座體設有一第三滑件；
一第三座體，係設置於該第二座體，對應於該第二座體之第三滑件設有一第四滑件，該第三座體設有一第一立板、一第二立板及一第三立板，該第一立板與第二立板相互垂直，而該第二立板與第三立板相互平行；
一位移感應單元，係設置於該第三座體之第一立板，該第一立板係設有二導輪，該二導輪之輪面各設有一圓弧槽，且二導輪之輪面相貼近，另該二導輪各設有一輪軸，該等輪軸貫穿該第一立板，並二導輪之其中之一輪軸係設有一固定塊，另一輪軸設有一第一編碼器；
一旋轉感應單元，係設置於該第三座體之第二立板，該旋轉感應單元設有一圓筒，並於圓筒外圍設有一緊迫單元，該圓筒設有一容室、一延伸管，該延伸管係貫通該容室，且該容室內設有三滑槽，於該等滑槽各設有一滑塊及一轉輪，該轉輪係結合於該滑塊，該等滑塊各設有一彈性元件，該彈性元件之一端透過圓筒之筒壁而頂抵於該緊迫單元之內壁，另一端貼合於容室之壁面，而三轉輪之間形成有一第一間隙，及該緊迫單元係設有一第一迫合件、一第二迫合件及一第二伺服馬達，該第一迫合件與第二迫合件之一端係為樞接端，另一端係間隔有一第二間隙，該第二伺服馬達設有一傳動軸及一傳動件，該係繞過第二迫合件而連接第一迫合件，另，設置一第一傳動件係結合於該三轉輪之其中之一，該第一傳動件組接一第二傳動件，該第二傳動件樞設於該第二座體之第三立板，而連接一第二編碼器，該第二編碼器係固定於該第三立板；
一壓力感應單元，係包括有一荷重感應元件及一壓力感應元件，其中該荷重感應元件係固定於該第三座體，而該壓力感應元件則固定於該第二座體。 - 如申請專利範圍第1項所述之虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造，其進一步設有一蓋體，以罩合於該第一座體。
- 如申請專利範圍第1項所述之虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造，其中該傳動桿為滾珠螺桿或導螺桿。
- 如申請專利範圍第1項所述之虛擬實境心導管手術訓練之導管感應構造，其中該第一滑件、第三滑件為一滑軌，而第二滑件、第四滑件對應為一滑槽，或，該第一滑件、第三滑件為一滑槽，而第二滑件、第四滑件對應為一滑軌。
- 一種虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置，係包括：
一第一座體，係設有二軸承座及至少一第一滑件；
一力回饋單元，係設置於該第一座體，係包括有一第一伺服馬達及一傳動桿，該第一伺服馬達與傳動桿之間以一傳動單元連結，該傳動桿設置於第一座體之二軸承座之間，並該傳動桿設有一移動件，而移動件設有一固定部；
一第二座體，係設置於該第一座體，對應於該第一座體之第一滑件設有至少一第二滑件，上述移動件之固定部係固結於第二座體，另，第二座體設有一第三滑件；
一第三座體，係設置於該第二座體，對應於該第二座體之第三滑件設有一第四滑件，該第三座體設有一第一立板、一第二立板及一第三立板，該第一立板與第二立板相互垂直，而該第二立板與第三立板相互平行；
一位移感應單元，係設置於該第三座體之第一立板，該第一立板係設有二導輪，該二導輪之輪面各設有一圓弧槽，且二導輪之輪面相貼近，另該二導輪各設有一輪軸，該等輪軸貫穿該第一立板，並二導輪之其中之一輪軸係設有一固定塊，另一輪軸設有一第一編碼器；
一旋轉感應單元，係設置於該第三座體之第二立板，該旋轉感應單元設有一圓筒，並於圓筒外圍設有一緊迫單元，該圓筒設有一容室、一延伸管，該延伸管係貫通該容室，且該容室內設有三滑槽，於該等滑槽各設有一滑塊及一轉輪，該轉輪係結合於該滑塊，該等滑塊各設有一彈性元件，該彈性元件之一端透過圓筒之筒壁而頂抵於該緊迫單元之內壁，另一端貼合於容室之壁面，而三轉輪之間形成有一第一間隙，及該緊迫單元係設有一第一迫合件、一第二迫合件及一第二伺服馬達，該第一迫合件與第二迫合件之一端係為樞接端，另一端係間隔有一第二間隙，該第二伺服馬達設有一傳動軸及一傳動件，該係繞過第二迫合件而連接第一迫合件，另，設置一第一傳動件係結合於該三轉輪之其中之一，該第一傳動件組接一第二傳動件，該第二傳動件樞設於該第二座體之第三立板，而連接一第二編碼器，該第二編碼器係固定於該第三立板；
一壓力感應單元，係包括有一荷重感應元件及一壓力感應元件，其中該荷重感應元件係固定於該第三座體，而該壓力感應元件則固定於該第二座體；
一運算單元，係電性連接該力回饋單元、該位移感應單元、該旋轉感應單元及壓力感應單元；
一影像資料庫，係電性連接該運算單元；
一顯示單元，係電性連接該運算單元，用以顯示一模擬合成圖。 - 如申請專利範圍第5項所述之虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置，其進一步設有一蓋體，以罩合於該第一座體。
- 如申請專利範圍第5項所述之虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置，其中該傳動桿為滾珠螺桿或導螺桿。
- 如申請專利範圍第5項所述之虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置，其中該第一滑件、第三滑件為一滑軌，而第二滑件、第四滑件對應為一滑槽，或，該第一滑件、第三滑件為一滑槽，而第二滑件、第四滑件對應為一滑軌。
- 如申請專利範圍第5項所述之虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置，其中該運算單元進一步連接一警示單元。
- 如申請專利範圍第9項所述之虛擬實境心導管手術訓練之導管感應模擬裝置，其中該警示單元係為警報器或閃光燈。
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