應用 3D/VR 模擬心導管及心臟節律器-改善病患之焦慮
謝丸光
*王冠今
**賴超倫
***摘要
裝置心律調節器是臨床上針對長期持續脈搏過緩症狀，用以改善症狀或預防病患猝死的常見措施。 由於永久性心律調節器(permanent pacemakers,PPM)對病患來說，除了是侵入性治療外，一生也必須與機 器共存，因此不論是疾病本身、置放過程或心律調節器的永久置於肉體內等，均可能會對病患造成極大 心理震撼與恐懼(陳幸眉,2000)。對病患而言 PPM 是一外來物，其內心甚且充斥著”半機器人”的想法，對 用以維持生命的機器裝置常顯現出需要許多身體、心理和社會的調適的困難 (何秀玉,2003) 。本研究擬 以 3D 虛擬實境解說心律調節器、如何裝置、裝置後生活如何調適並注意事項，供醫護護人員教導病患如 何裝置心律調節器並幫助病患及早作調適及降低心理恐懼。 本研究與亞東醫院心臟科合作,依醫師護理人員評估並建議實際需要建置 3D 虛擬動畫模擬並說明,以 消除病患心理恐懼及調適。 本研究運用 3D 動畫、互動式 3D 虛擬實境動畫模擬心臟節律器術前術後護理、非線性剪輯軟體等製 作工具。並將分析對合作單位之病患施予 3D 虛擬實境動畫模擬說明前後之問卷調查,以顯示消除病患心 理恐懼及調適改善之影響作為合作單位之參考。 關鍵字：3D 動畫、虛擬實境、心律調節器、病患心理恐懼。壹、研究理念
安裝節律器雖然解決了心臟病患者心臟上的問題，但是一般在安裝節律器之前，都會感到許多焦慮， 醫院採行的方式是發給病患術前需知，及口頭上的叮嚀，但這種做法可能會因為需注意的地方太多，而 造成病患不明確或疏忽而影響心臟節律器的正常功能，因此，我們嘗試以 3D 影片、虛擬實境的方式來解 決；我們透過與亞東紀念醫院心臟內科合作，讓我們能夠使用電腦多媒體應用在醫學上面，透過 3D/VR 的應用來模擬呈現治療過程，改善醫護人員的解說；希望藉此可以讓心臟病患者在更短的時間內迅速的 了解自身的情況，以及術後護理注意事項，藉此消除心中的焦慮；也可以用在醫療教育訓練上，幫助深 入了解心臟疾病及治療方法。 本研究以 3DsMax 建模及應用互動式 3D 技術平台-Quest3D，結合醫學專業知識模擬 3D 動畫正確傳 達病患所需了解醫學畫面，解決醫病之間溝通，改善病患術前術後護理之憂慮，尤其術後病患攜帶心臟 節律器要避免許多相關電器用品及出國、回診等事項可以透過影片導覽或虛擬互動排除困擾。* 作者為亞東技術學院資訊管理系講師。 **作者為亞東技術學院老人照顧系主任。 *** 作者為亞東紀念醫院心臟內科醫生。
如此 3D 數位內容與醫界實際應用結合，讓政府、產業、及學界機制相輔相成，發揮交流機制，使學 生製作能力達到符合業界水準，藉由數位內容創造創意的附加價值。(圖 1)
圖 1
貳、學理基礎參考
以 Hannifin, Hannifin, Land, & Oliver (1997) 所 整 理 出 來 的 眾 多 學 習 方 式 中 的 體 驗 式 學 習 (experiential learning) 和遊戲導向學習 (game-based learning) 為設計基礎。我們以遊戲導向學習為設計基 礎其重點如下： 一、概念應用 （一）舉出融入遊戲的知識，歸納、歸類 二、確認進行策略 （一）確認玩的策略可以應用知識 （二）找出玩的規則和知識的關係性 三、具預測原則 （一）預測每一玩法動作的下面結果 （二）解釋預測的想法 （三）證實預測成真的機會 四、分享成功玩法 （一）知識如何融入 （二）策略彈性多元 虛擬實境在醫學及教育方面的應用： 一、虛擬實境在醫學方面的貢獻可以分為兩種： （一）教育訓練： 在醫學教育訓練方面虛擬實境可以提供實習醫生作為醫療的學習工具，由於電腦可以模擬真實的環 境，並且電腦可以隨著醫生所做的診療而做出種種的回應，所以，此種系統可以提供給醫生逼真且反覆 的練習環境，對於醫療學習上的幫助很大。
（二）臨床研究： 目前虛擬實境系統廣泛的被心理醫師們所應用，而其中最為成功的可以算是「懼高症」的治療，病 人由虛擬實境系統所建構出的高樓大廈向下鳥瞰，經過不斷的練習最後終於克服懼高症。因此，目前正 努力研究虛擬實境系統，希望能為人們帶來更大的福音。 目前所運用於醫學方面的技術有：虛擬實境的超音波顯像系統、放射線治療以及手術模擬等等的技 術。 二、虛擬實境在教育方面可以分成教學和訓練兩個部份： （一）教學： 所謂的虛擬實境教學是指教導使用者去認知及了解一件未知的事物。而目前在教學上多半都以電腦 輔助教學的方式去教導使用者，其成效遠比一般傳統、古版的教學法來得好。由於虛擬實境的技術能讓 使用者有身歷其境的感受，同時也能提供反覆的練習給予使用者。所以，如果能以虛擬實境的技術輔助 的教學法，相信能提供給使用者一個更逼真、更具彈性、學習更好的學習環境。 （二）臨床研究： 訓練是指讓使用者反覆的演練，因而能夠更熟練某些特別的技能稱之。當某一樣技能的訓練可能會 導致高資產損失的高風險時，或是可能危及使用者的性命時，為了不造成損失及傷害，通常放棄實地演 練而是以較低廉的模擬環境反覆練習來取代。而虛擬實境的技術正好可以符合此種需求。例如：航空駕 駛員、戰車的訓練、太空人訓練…等。 本研究採用 3D 動畫與虛擬實境教學： 是讓使用者去認知及了解一件未知的事物。而透過 3D 動畫與虛擬實境教學的方式去教導使用者，其 成效當然遠比一般醫護人員透過文書圖畫、模型、或血腥手術影片來得清楚，也比較容易接受。由於虛 擬實境的技術能讓使用者有身歷其境的感受，同時也能提供反覆的練習給予使用者。所以，對於裝置節 律器病患手術後應注意的許多事項，以虛擬實境的方式提供使用者反覆的練習以減除其焦慮。
參、主題內容
一、利用 3D 動畫模擬手術治療過程 一般醫院所提供的衛教影片，都是以拍攝真實的手術治療過程來呈現。但病患在術前想要知道的資 訊，並不是外部所看到的過程，而是想要知道在病患的體內進行怎樣的手術過程。而要避開真實的血腥 畫面，我們研究以 3D/VR 的方式來呈現過程，並教育病患正確的病理概念減少病患的焦慮產生。 圖 2 心臟病因示意圖圖 3 安裝節律器示意圖 二、利用虛擬實境方式展示術後護理 在術後護理方面，安裝節律器的病患，常常會因為不知道該注意哪些電器該注意或是不可靠近，因 而引發一些危險或是病症，所以我們研究術後護理這部份以虛擬實境的方式，讓病患可以在一個活潑的 介面下，身歷其境並實際操作進而加深印象。 圖 4 虛擬實境實作
肆、方法與技巧
一、前置規劃-製作分鏡腳本 要製作心臟節律器及心導管檢查與治療的過程，必須先有基礎的醫學觀念，所以由護理系的護理師 及醫生提供醫學上相關知識。因為主題是要製做血管治療方面，所以參考相關醫學書籍來研究心臟模型 及血管的細胞，導管導線如何進入、氣球擴張該如何呈現，必須要排除血腥的畫面。並且要有正確的流 程，可以讓沒有心臟節律器及心導管檢查與治療概念的病患有更深入的了解。透過與醫生做充分溝通後 製作一系列分鏡腳本做為 3D 建模與動畫製作的依據。 二、利用 3DsMAX 建模 利用 3DsMax 依所需的物件形狀，塑造出物件的模型： 如要製作出透視血管內部被阻塞的情況，可做如下圖中的透視血管內部。圖 5 氣球導線 圖 6 血管建模
圖 7 血管建模 圖 8 支架建模 材質貼圖-Modify 指令下的 Unwrap UVW 功能及結合影像編修軟體：
圖 9 未貼圖模型 圖 10 貼圖模型
圖 13 完成 Slice 功能 圖 14 利用材質球設定透明度 功能匯出影片
我們在 3DsMax 檔中所製做的影格，需要透過 Quick Render 中把畫面一格一格的匯總在一個影片中； 調整影片之設定，經過所需時間後，所調整的影格數會匯總成影片，會在你所存放的地方產生一個視訊 檔。 三、影片後製作軟體-電腦影音特效 我們利用 After Effects 軟體來製作特效及剪接影片的部份，這套軟體可以整合多個檔案，以一 些不同手法來進行串連，在特效的呈現上，也有許多的方法可以呈現，我們可以製作出更精致更生動以 及更詳細的影片。後製作軟體可以來彌補在 3DsMax 中不足的地方，在匯入特效或是多個影片剪接及文 字說明的方面都可以在此呈現。
Particular 設定面版 Particular 特效
四、影片壓縮/轉檔軟體
利用 WinAVI Video Converter 軟體來進行影片壓縮或是轉檔，在壓縮或是轉檔過程中，往往會破壞畫 質，所以需注意壓縮轉檔上是否合乎品質。 五、影片/聲音剪輯 因為在 After Effect 所匯出的影片檔容量太大，所以我們可以再找另一套軟體來加入聲音，利用 Camtasia Studio 這套軟體，來剪接聲音或是錄製需要的畫面。 六、互動式程式製作 使用 Quest3D 並不需要像一般寫程式一樣打上程式的指令，因為 Quest3D 本身的程式建構是由許多 元件，也就是我們所稱的 channel 所組成，每個 channel 都有各自的功能，只要有邏輯觀念和運用各個 channel 的功能，也可以製作 Quest3D 專案。 系統流程圖—基本架構圖如下： 圖 16 Q3D 系統流程圖—基本架構 七、改善病患焦慮之術前術後調查 由護理系依醫學調查製作所提供特質焦慮量表、情境焦慮量表，作為術前術後量測使用本研究作品 之病患焦慮改善成效問卷調查統計，惜因護理系未持續做問卷統計而無法做好完整的統計分析去評估是 否達到具體改善的成效。
