TWI818613B - 非對稱式ｖｒ遠端醫療協作指導系統及訓練方法 - Google Patents
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Abstract
本發明為有關一種非對稱式VR遠端醫療協作指導系統及訓練方法，主要結構包括一具有一攝像模組、一第一無線通訊單元及一即時溝通模組之智慧電子裝置，以及一具有一第二無線通訊單元、一手部控制裝置及一第二顯示模組之頭戴式顯示裝置。藉上述結構，急難現場的施作者只要利用智慧電子裝置與指導者連線，以由指導者操作頭戴式顯示裝置及手部控制裝置，在虛擬場景對虛擬對象執行示範動作，施作者即可同步參照畫面執行急救動作，而由指導者提供VR虛擬演示，給予急難現場的施作者即時醫療指導，且指導者可利用第二顯示模組同步確認施作者的急救動作是否正確，施作者也可利用即時溝通模組立即提問，以在地域隔閡與醫療專業不對稱的情況下進行緊急醫療處置，提高協作指導效益。
Description
本發明為提供一種利用具有雙向互動功能的虛擬實境系統，進行緊急醫療處置的示範動作，以提高現場施作者急救動作效益的非對稱式VR遠端醫療協作指導系統及訓練方法。
按，傳統醫療急救行為有許多需要當面進行操作演示的狀況，然而在一些緊急的狀態下、或空間地域隔閡下，甚至是疫情影響導致無法親臨病患現場的情況下，面對面當場處置的醫療急救行為變得困難與難以執行。例如當醫生在醫院，但病患卻在住家進行隔離，或是處在偏遠地區，醫生難以即時到場進行醫療處置，而狀況又很緊急的狀態下，常常會需要由病患身邊的家屬或其他非醫療專業人員來進行緊急醫療處置，過去常見的方式便是雙方透過開啟視訊進行遠端溝通與討論，醫生(指導者)常只能透過口頭表達的方式來與急救者進行溝通，尤其當處置方法需要透過(患部)位置確認、或操作任務較具有空間感時，操作行為的醫療處置狀態，便常會發生雞同鴨講的狀況。
而就教學體系而言，目前的遠距教學、數位學習主要包括原有的傳統課堂教學、及電子式教學，然而，電子式教學欠缺情境模擬的學習，只能死板板的對話或回答問題，學習者無法親身體驗真實情境。目前醫護學校或醫療院所普遍以擬真模擬病人做為訓練學生臨床技能及問題解決能力的手段，但這種訓練方式受限於成本、時間及地點，會大大影響學習成效。即使目前已有利用3D模擬技術(如立體投影或虛擬實境)，讓老師及學生同時利用該3D模擬技術，進行教學授課、臨床訓練、及考核評鑑等動作，也就是說，這種技術大多是單方面模擬，重點在於同步虛擬協作，意思是一起同處於一虛擬環境中，一同練習或溝通，過去案例多不及於遠端協作之概念，即便具有教學兩端分處遠端的情況，但只能做到單方面操作，另一方只能單純的觀看、指導或提問，並
無法解決前述的緊急醫療處置狀況，何況緊急情況下並不會有此種3D模擬技術。
是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本發明之發明人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。
故，本發明之發明人有鑑於上述缺失，乃蒐集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種利用具有雙向互動功能的虛擬實境系統，進行緊急醫療處置的示範動作，以提高現場施作者急救動作效益的非對稱式VR遠端醫療協作指導系統及訓練方法的發明專利者。
本發明之主要目的在於：利用虛擬實境系統為醫療資源不足的施作者，提供可模擬第三操作對象(真實患者)之虛擬患者及作為緊急醫療處置之示範動作，而提高遠端協作指導效益，增加非專業急救動作之成功率。
本發明之另一主要目的在於：利用第二顯示模組及即時溝通模組，讓指導者可即時檢視施作者急救動作的正確性，也可讓施作者即時向指導者提問，以解決單方面演示之缺失。
為達成上述目的，本發明之主要結構包括：一供一施作者操作之智慧電子裝置、一攝像模組、一第一無線通訊單元、一頭戴式顯示裝置、一第二無線通訊單元、一手部控制裝置、一第二顯示模組、及一即時溝通模組，其中該攝像模組係設於該智慧電子裝置上，以供拍攝急難現場之影像，該急難現場包含有一第三操作對象，該第一無線通訊單元係設於該智慧電子裝置內，該第二無線通訊單元係資訊連結該第一無線通訊單元，該頭戴式顯示裝置係供一指導者配戴，並經由虛擬實境技術(Virtual Reality，VR)產生對應之虛擬場景及虛擬對象，顯示予該指導者，該手部控制裝置係資訊連結該頭戴式顯示裝置，該第二顯示模組係設於該頭戴式顯示裝置內，而該即時溝通模組係設於該智慧電子裝置內。
當需要遠端醫療服務的兩端醫療資源不對稱時，施作端可透過智慧電子裝置與指導端的頭戴式顯示裝置建立連線，接著施作端乃利用攝像模組拍攝急難現場之影像及第三操作對象之影像，而利用第一無線通訊單元及第二
無線通訊單元將影像傳遞給頭戴式顯示裝置，此時，乃經由虛擬實境技術(Virtual Reality，VR)產生對應之虛擬場景及虛擬對象，顯示予指導者，讓指導者可透過頭戴式顯示裝置及手部控制裝置，對虛擬對象執行示範動作，並顯示於智慧電子裝置上，進而讓施作者同步觀看智慧電子裝置，以依據示範動作對第三操作對象執行急救動作，藉此提高醫療協作指導的效益，且指導者可利用第二顯示模組將急難現場之影像顯示於虛擬場景一側，以即時檢視施作者急救動作的正確性，施作者則可利用即時溝通模組主動與指導者溝通，以適時提問減少操作不當產生的失誤。
藉由上述技術，可針對習用對緊急醫療處置所存在之因地域隔閡無法提供面對面般效果的教學或指導、僅憑互開視訊的口頭溝通或比手畫腳通常有無法具體理解雙方語意的情況，以及3D模擬技術的介入也僅限於單方模擬，而另一方單純觀看等問題點加以突破，達到上述優點之實用進步性。
1:智慧電子裝置
11:攝像模組
12:第一無線通訊單元
13:即時溝通模組
2:頭戴式顯示裝置
21:第二無線通訊單元
22:手部控制裝置
23:第二顯示模組
24:顯示介面切換單元
25:第一溝通模組
3:急難現場
31:第三操作對象
4:施作者
5:虛擬場景
51:虛擬對象
6:指導者
第一圖 係為本發明較佳實施例之結構方塊圖。
第二圖 係為本發明較佳實施例之步驟方塊流程圖。
第三圖 係為本發明較佳實施例之遠端連線示意圖。
第四圖 係為本發明較佳實施例之指導者示範示意圖。
第五圖 係為本發明較佳實施例之施作者操作示意圖。
第六圖 係為本發明較佳實施例之互動示意圖。
第七圖 係為本發明再一較佳實施例之介面切換示意圖。
第八圖 係為本發明又一較佳實施例之實施示意圖。
為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及構造，茲繪圖就本發明較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解。
請參閱第一圖及第二圖所示，係為本發明較佳實施例之結構方塊圖及步驟方塊流程圖，由圖中可清楚看出本發明係包括：
一智慧電子裝置1，係供一施作者4操作；
一攝像模組11，係設於該智慧電子裝置1上，以供拍攝急難現場3之影像，且該急難現場3包含有一第三操作對象31；
一第一無線通訊單元12，係設於該智慧電子裝置1內；
一頭戴式顯示裝置2，係透過一第二無線通訊單元21資訊連結該第一無線通訊單元12，以接收該急難現場3之影像及該第三操作對象31之影像，並經由虛擬實境技術(Virtual Reality，VR)產生對應之虛擬場景5及虛擬對象51，顯示予一指導者6；
一手部控制裝置22，係資訊連結該頭戴式顯示裝置2，以供該指導者6對該虛擬對象51執行示範動作，並顯示於該智慧電子裝置1上，而讓該施作者4依據該示範動作對該第三操作對象31執行急救動作；
一第二顯示模組23，係設於該頭戴式顯示裝置2內，以供顯示該急難現場3之影像於該虛擬場景5一側；及
一即時溝通模組13，係設於該智慧電子裝置1內，以供該施作者4主動與該指導者6溝通。
而本發明之非對稱式VR遠端醫療協作指導系統之訓練方法，其主要包括：
(a)設置智慧電子裝置：施作者4將一智慧電子裝置1放置於急難現場3一側，且該急難現場3包含有一第三操作對象31；
(b)拍攝急難現場及第三操作對象：利用該智慧電子裝置1上之攝像模組11，拍攝該急難現場3之影像及該第三操作對象31之影像；
(c)發送影像訊號：利用該智慧電子裝置1內之第一無線通訊單元12，發送該些影像之訊號；
(d)接收影像訊號：利用一頭戴式顯示裝置2內之第二無線通訊單元21，接收該些影像訊號；
(e)產生虛擬場景及虛擬對象：由一指導者6配戴該頭戴式顯示裝置2，以利用虛擬實境技術(Virtual Reality，VR)對應該急難現場3之影像產生虛擬場景5、及對應該第三操作對象31之影像產生虛擬對象51，並顯示予該指導者6；
(f)演示示範動作：該指導者6利用一資訊連結該頭戴式顯示裝置2之手部控制裝置22，對該虛擬對象51執行示範動作，並顯示於該智慧
電子裝置1上；
(g)執行急救動作：該施作者4同步觀看該智慧電子裝置1，以依據該示範動作對該第三操作對象31執行急救動作；
(h)指導者同步觀看急難現場影像：該指導者6可利用一設於該頭戴式顯示裝置2內之第二顯示模組23，將該急難現場3之影像顯示於該虛擬場景5一側；及
(i)施作者主動與指導者溝通：該施作者4可利用一設於該智慧電子裝置1內之即時溝通模組13，主動與該指導者6溝通。
藉由上述之說明，已可了解本技術之結構，而依據這個結構之對應配合，更可達到利用具有雙向互動功能的虛擬實境系統，進行緊急醫療處置的示範動作，以提高現場施作者4急救動作效益之優勢，而詳細之解說將於下述說明。
請同時配合參閱第一圖至第六圖所示，係為本發明較佳實施例之結構方塊圖至互動示意圖，藉由上述構件組構時，由圖中可清楚看出，智慧電子裝置1係為手機、平板電腦、筆電等攜帶型通訊裝置其中之一者，本實施例係以手機做為舉例，攝像模組11為智慧電子裝置1的鏡頭，第一無線通訊單元12及第二無線通訊單元21為行動通訊網路或Wi-Fi其中之一者，本實施例則以第五代行動通訊網路(5th generation mobile networks，5G)做為舉例，頭戴式顯示裝置2係為VR眼鏡，手部控制裝置22係為手套型無線手部控制器，第二顯示模組23係為該頭戴式顯示裝置2之顯示幕控制軟體，即時溝通模組13為該智慧電子裝置1上之麥克風及喇叭，急難現場3係為實際急救現場，而第三操作對象31係為真實患者。
本發明主要使用情境尤針對病患在緊急狀態下，沒辦法或因時間不允許送醫急救，且當下環境沒有適當的醫療設備也沒有專業的醫護人員之情境，此時，本發明即可提供給指導者6(醫生或特定專科醫生)與臨場施作者4(通常為病患身旁的家屬或緊急處置人)來進行較有效率的遠端操作協助及給予即時的操作回應。實際操作時，施作者4只要先利用智慧電子裝置1撥電話求救(如打給醫生或打119)，而後利用智慧電子裝置1的第一無線通訊單元12與頭戴式顯示裝置2的第二無線通訊單元21建立連線，即完成準備動作。
首先，施作者4乃將智慧電子裝置1放置於急難現場3一側，其
放置方式可由腳架固定或由旁人協助手持，只要能夠利用攝像模組11將急難現場3之影像及該第三操作對象31之影像拍攝入鏡，即完成設置。然後利用第一無線通訊單元12將影像之訊號發出，並由第二無線通訊單元21接收該影像之訊號，而傳遞給頭戴式顯示裝置2，因此，指導者6只要配戴頭戴式顯示裝置2，便可快速檢視及確認第三操作對象31的傷病狀況。
接著，頭戴式顯示裝置2乃利用虛擬實境技術(Virtual Reality，VR)對應急難現場3產生虛擬場景5、及對應第三操作對象31產生虛擬對象51，顯示予該指導者6，如第四圖所示，係為指導者6配戴頭戴式顯示裝置2時之視野，然後利用手部控制裝置22對該虛擬對象51執行示範動作，舉例而言，第三操作對象31因溺水導致心肺功能停止，需要對其進行心肺復甦術(Cardiopulmonary Resuscitation，CPR)及自動體外去顫器(Automated External Defibrillator，AED)的操作，甚至在操作CPR與AED仍無法救回時，還需要進行高級心臟救命術(Advanced Cardiac Life Support，ACLS)，本實施例係以徒手建立及維持有效的呼吸及循環之施救動作做為舉例，指導者6乃透過手部控制裝置22演示如何尋找位於胸骨的下1/4處(約兩乳頭連線的中點)的壓胸位置、及演示如何執行正確的壓胸動作。
同理，指導者6的示範動作也會經由頭戴式顯示裝置2的處理器整理運算，並同步經由第二無線通訊單元21及第一無線通訊單元12回傳至智慧電子裝置1，並顯示於該智慧電子裝置1上，以供施作者4同步觀看智慧電子裝置1，而依據該示範動作對第三操作對象31執行急救動作。
尤其在指導者6的示範過程及施作者4的操作過程中，指導者6可利用第二顯示模組23的軟體功能，在虛擬場景5一側以子母畫面的方式，將急難現場3之影像顯示於虛擬場景5一側，以供指導者6適時檢視及確認施作者4的動作是否正確，而施作者4則可利用即時溝通模組13，主動與指導者6溝通，其溝通方式可為文字訊息、聲音訊息或影像訊息，以供施作者4隨時發問及確認不確定的操作方式。
綜上所述，施作者4可透過將智慧電子裝置1架設於第三操作對象31及急難現場3一側，透過觀看指導者6所操作的虛擬對象51來掌握處置要領，並即時給予第三操作對象31進行處置，過程中雙方都可即時溝通，並在示範過程增加虛擬對象51作為對應操作的指示物件，施作者4可看到指
導者6對虛擬對象51所處置的位置、使用的器械、操作的步驟、與演示的聲音影像來判斷自身是否操作失誤，過程中雙方都可在相對應的視覺指示下進行合適操作。本案之概念重點為指導者6具有虛擬對象51作為擬真病患進行操作演示，並在VR系統中仍可利用第二顯示模組23同步看到施作者4的操作動作與病患狀態，並給予即時醫療指導。而同於急難現場3的施作者4則可即時看到指導者6的虛擬示範動作，以依樣畫葫蘆的方式來進行緊急處置，雙方不再雞同鴨講，手忙腳亂的憑空臆測醫療處置的動作或是侵入式插管等執行位置，達到遠端處置下仍可保有雙方同步且資訊對等的處置需求與溝通平台。
請同時配合參閱第七圖所示，係為本發明再一較佳實施例之介面切換示意圖，由圖中可清楚看出，本實施例與上述實施例為大同小異，僅於該頭戴式顯示裝置2內具有一顯示介面切換單元24，係供該指導者6選擇關閉該第二顯示模組單獨顯示該虛擬場景及虛擬對象、關閉該第二顯示模組單獨顯示該急難現場3之影像、或開啟該第二顯示模組其中之一者。顯示介面切換單元24係以可連動頭戴式顯示裝置2之顯示畫面的按鍵開關做為舉例，當指導者6需要專心演示時，可關閉第二顯示模組以切換至單獨顯示虛擬場景及虛擬對象之畫面，當指導者6演示完畢需要仔細觀看施作者4的動作時，可關閉第二顯示模組以切換至單獨顯示該急難現場3之影像，當指導者6需要逐步演示並隨時觀看施作者4動作時，可開啟該第二顯示模組以切換為子母畫面之顯示方式。藉此，方便指導者6快速切換視角，提高遠端協作之正確性。
請同時配合參閱第八圖所示，係為本發明又一較佳實施例之實施示意圖，由圖中可清楚看出，本實施例與上述實施例為大同小異，僅將本發明之使用情境變更為教學訓練場景，故該急難現場3係以訓練場地做為舉例(如教室)，而該第三操作對象31係以教學用假人做為舉例，指導者6以老師做為舉例，施作者4以學生做為舉例，智慧電子裝置1則可以螢幕較大的電視做為舉例，而本實施例之示範動作係為插管，故指導者6可利用設於頭戴式顯示裝置2上的第一溝通模組25(如麥克風)，主動與施作者4溝通，以在利用VR影像示範的同時，以聲音訊息輔助說明，讓施作者4更快進入狀況、更容易了解教學內容，因此，本發明除用在醫療上，亦可運用在機械維護與教育訓練等須異地同步的協作場域。
惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發
明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。
綜上所述，本發明之非對稱式VR遠端醫療協作指導系統及訓練方法於使用時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本發明，以保障發明人之辛苦發明，倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感德便。
1:智慧電子裝置
11:攝像模組
12:第一無線通訊單元
13:即時溝通模組
2:頭戴式顯示裝置
21:第二無線通訊單元
22:手部控制裝置
23:第二顯示模組
3:急難現場
31:第三操作對象
4:施作者
5:虛擬場景
51:虛擬對象
6:指導者
Claims (8)
- 一種非對稱式VR遠端醫療協作指導系統，其主要包括：一智慧電子裝置，係供一施作者操作；一攝像模組，係設於該智慧電子裝置上，以供拍攝急難現場之影像，且該急難現場包含有一第三操作對象；一第一無線通訊單元，係設於該智慧電子裝置內；一頭戴式顯示裝置，係透過一第二無線通訊單元資訊連結該第一無線通訊單元，以接收該急難現場之影像及該第三操作對象之影像，並經由虛擬實境技術(Virtual Reality，VR)產生對應之虛擬場景及虛擬對象，顯示予一指導者；一第一溝通模組，係設於該頭戴式顯示裝置上，以供該指導者主動與該施作者溝通；一手部控制裝置，係資訊連結該頭戴式顯示裝置，以供該指導者對該虛擬對象執行示範動作，並顯示於該智慧電子裝置上，而讓該施作者依據該示範動作對該第三操作對象執行急救動作；一第二顯示模組，係設於該頭戴式顯示裝置內，以供顯示該急難現場之影像於該虛擬場景一側；及一即時溝通模組，係設於該智慧電子裝置內，以供該施作者主動與該指導者溝通。
- 如申請專利範圍第1項所述之非對稱式VR遠端醫療協作指導系統，其中該頭戴式顯示裝置內具有一顯示介面切換單元，係供該指導者選擇關閉該第二顯示模組單獨顯示該虛擬場景及虛擬對象、關閉該第二顯示模組單獨顯示該急難現場之影像、或開啟該第二顯示模組其中之一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之非對稱式VR遠端醫療協作指導系統，其中該急難現場係為實際急救現場，而該第三操作對象係為真實患者。
- 如申請專利範圍第1項所述之非對稱式VR遠端醫療協作指導系統，其中該急難現場係為訓練場地，而該第三操作對象係為教學用假人。
- 一種非對稱式VR遠端醫療協作指導系統之訓練方法，其主要步驟包括：(a)施作者將一智慧電子裝置放置於急難現場一側，且該急難現場包含有一第三操作對象； (b)利用該智慧電子裝置上之攝像模組，拍攝該急難現場之影像及該第三操作對象之影像；(c)利用該智慧電子裝置內之第一無線通訊單元，發送該些影像之訊號；(d)利用一頭戴式顯示裝置內之第二無線通訊單元，接收該些影像訊號；(e)由一指導者配戴該頭戴式顯示裝置，以利用虛擬實境技術(Virtual Reality，VR)對應該急難現場之影像產生虛擬場景、及對應該第三操作對象之影像產生虛擬對象，並顯示予該指導者；(f)該指導者利用一資訊連結該頭戴式顯示裝置之手部控制裝置，對該虛擬對象執行示範動作，並顯示於該智慧電子裝置上；(g)該施作者同步觀看該智慧電子裝置，以依據該示範動作對該第三操作對象執行急救動作；(h)該指導者可利用一設於該頭戴式顯示裝置內之第二顯示模組，將該急難現場之影像顯示於該虛擬場景一側，且該指導者可利用一設於該頭戴式顯示裝置內之第一溝通模組，即時與該施作者主動溝通；及(i)該施作者可利用一設於該智慧電子裝置內之即時溝通模組，主動與該指導者溝通。
- 如申請專利範圍第5項所述之非對稱式VR遠端醫療協作指導系統之訓練方法，其中該步驟(h)中，該指導者可利用一設於該頭戴式顯示裝置內之顯示介面切換單元，選擇關閉該第二顯示模組單獨顯示該虛擬場景及虛擬對象、關閉該第二顯示模組單獨顯示該急難現場之影像、或開啟該第二顯示模組其中之一者。
- 如申請專利範圍第5項所述之非對稱式VR遠端醫療協作指導系統之訓練方法，其中該急難現場係為實際急救現場，而該第三操作對象係為真實患者。
- 如申請專利範圍第5項所述之非對稱式VR遠端醫療協作指導系統之訓練方法，其中該急難現場係為訓練場地，而該第三操作對象係為教學用假人。
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| TWI818613B true TWI818613B (zh) | 2023-10-11 |
| TW202402346A TW202402346A (zh) | 2024-01-16 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| TW111124805A TWI818613B (zh) | 2022-07-01 | 2022-07-01 | 非對稱式ｖｒ遠端醫療協作指導系統及訓練方法 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180203238A1 (en) * | 2017-01-18 | 2018-07-19 | Marshall Leroy Smith, JR. | Method of education and simulation learning |
| TW202022779A (zh) * | 2018-12-04 | 2020-06-16 | 阿特發互動科技有限公司 | 結合擴增實境與虛擬實境的導覽裝置及導覽方法 |
| TWM599452U (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-01 | 國立臺北科技大學 | 虛擬實境之教學裝置 |
| CN112102680A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-12-18 | 华东交通大学 | 一种基于vr的列车驾驶教学平台及方法 |
| CN114207559A (zh) * | 2019-08-03 | 2022-03-18 | 高通股份有限公司 | 计算设备和扩展现实集成 |
-
2022
- 2022-07-01 TW TW111124805A patent/TWI818613B/zh active
Patent Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| US20180203238A1 (en) * | 2017-01-18 | 2018-07-19 | Marshall Leroy Smith, JR. | Method of education and simulation learning |
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| CN112102680A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-12-18 | 华东交通大学 | 一种基于vr的列车驾驶教学平台及方法 |
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