全膝關節置換手術導引系統

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姓名

顏兆萱(Chao-Hsuan Yen) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

全膝關節置換手術導引系統
(The surgical navigation system for total knee replacement)

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摘要(中)

在傳統的全膝關節置換手術中，醫師憑藉本身的臨床經驗進行手術，過程中難以掌握器械之定位精確度，也因此影響手術品質。本研究發展一套非影像式之膝關節置換手術導引系統，整合一光學式定位裝置，再配合傳統手術所使用之手術器械，可以在術中提供手術器械與各個切除面之間的方位關係，並即時顯示於電腦螢幕之中，使醫師能夠據以準確地切削出膝關節的各個切除面，達成正確安裝人工關節之目的。
本研究主要可分為三部份：方位轉換校準、切除面之決定、與手術導引。在方位轉換校準方面，利用膝關節之力學與運動學模型定義股骨與脛骨座標系統，並配合正交向量對應法，求取各座標系統之間的轉換關係。在切除面之決定方面，利用所定義之座標系統，加上量測股骨與脛骨外型上之解剖特徵，決定出各切除面之方位與切除深度。在手術導引方面，將欲切除面與手術器械之空間方位對應關係投影至兩個不同的平面，並即時顯示在電腦螢幕上，以協助醫師正確定位切除規並切削出切除面。
本研究所發展之系統，經過兩次以Sawbone模擬膝關節置換手術的實驗。實驗假設髁間隆凸中點之量測誤差小於3mm，踝關節中心之量測誤差小於5mm，則脛骨近端切除面的角度誤差小於1.15°；若假設膝關節中心之量測誤差小於10mm，則股骨遠端切除面的角度誤差將小於1.86°；又假設內外髁後側的X座標之量測誤差小於2mm，則股骨前後斜切除面的角度誤差小於2.53°。上述定位誤差量可符合實際膝關節置換手術之要求。

關鍵字(中)

★ 全膝關節置換
★ 手術導引
★ 骨科手術

關鍵字(英)

★ total knee replacement
★ surgical navigation
★ orthopedic surgery

論文目次

目錄
摘要 I
目錄 II
圖目錄 V
表目錄 VIII
第一章緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 文獻回顧 1
1-3 研究方法 3
1-4 論文介紹 4
第二章系統架構 5
2-1 硬體架構 5
2-1-1 光學式定位裝置 6
2-1-2 手術器械 9
2-2 軟體架構 10
第三章全膝關節置換術定位導引 14
3-1 系統作業流程 14
3-2 座標系統定義 20
3-3 方位轉換校準 22
3-3-1 轉換矩陣 22
3-3-2 座標系統間的轉換關係 23
3-3-3 股骨座標系統與股骨DRF座標系統間的轉換關係 24
3-3-4 脛骨座標系統與脛骨DRF座標系統間的轉換關係 26
3-4 關節運動描述 27
3-4-1 內翻與外翻 27
3-4-2 彎曲與伸直 28
3-4-3 內轉與外轉 29
3-5 股骨植入物尺寸決定 29
3-6 切除面決定 31
3-6-1 脛骨近端切除面之決定 31
3-6-2 股骨遠端切除面之決定 31
3-6-3 股骨前後斜切除面之決定 32
第四章結果與討論 34
4-1 誤差分析 34
4-1-1 脛骨近端切除面之誤差 34
4-1-2 股骨遠端切除面之誤差 36
4-1-3 股骨前後斜切除面之誤差 40
4-1-4 膝關節運動描述之誤差 42
4-2 模型切除實驗 44
第五章結論 51
參考文獻 53

參考文獻

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指導教授

曾清秀(Ching-Shiow Tseng)

審核日期

2004-7-17

推文