非影像式全髖關節置換手術導引系統

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姓名

范姜凱(Kai FanJiang) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

非影像式全髖關節置換手術導引系統
(The image-free navigation system for total hip arthroplasty)

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摘要(中)

在傳統的全髖關節置換手術中，醫師憑藉著臨床經驗以及器械輔助進行髖臼擴孔與植入人工髖臼杯，其過程中不易掌握器械與植入物方位，因而影響手術的品質。本研究發展一套非影像式全髖關節置換手術導引系統，於手術中電腦可即時顯示器械或植入物與規劃路徑之方位關係，使醫生能夠精準的掌握器械之方位，達成手術導引之目的。
本研究依照下列步驟依序進行：方位轉換校準、器械方位對正與追蹤、術中導引、術後評估。首先在方位轉換校準方面上，利用探針點取病患骨盆上之解剖特徵定義出前骨盆面及骨盆座標系統作為參考座標系統，再配合正交向量對應法，計算出各座標系統間之轉換關係。接下來，利用自行設計之對正器量測出器械與器械上DRF之方位轉換關係，透過光學式定位系統追蹤其DRF之方位轉換至追蹤器械之方位。並將器械之即時方位與規劃植入之方位顯示於電腦螢幕上，輔助醫生進行擴孔以及髖臼杯之植入。最後在術後評估時，追蹤人工髖臼杯與股骨頸之方向以模擬出其運動範圍以及追蹤大腿長度變化量，提供醫生修正股骨頸方向與尺寸或是作為術後評估之參考資訊。
系統測試是將兩組髖臼杯植入骨盆切骨模型中，之後由X光片驗證得知所植入之髖臼杯外翻角與前傾角誤差在3°以內。又在理論誤差上，若前上髂棘與恥骨結節取點誤差在5mm的範圍內時，外翻角誤差在5°內,前傾角誤差在6°內。由實驗估計大腿長度變化量之量測誤差約在3mm內。

關鍵字(中)

★ 全髖關節置換手術
★ 骨科手術
★ 手術導引

關鍵字(英)

★ total hip arthroplasty
★ orthopaedic surgery
★ surgical navigation system

論文目次

摘要 I
目錄 II
圖目錄 IV
表目錄 VI
第一章緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 文獻回顧 2
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
第三章全髖關節置換術定位導引 15
3-1 系統作業流程 15
3-2 座標系統定義 19
3-3 方位轉換校準 22
3-3-1 轉換矩陣 22
3-3-2 座標系統間轉換關係 23
3-3-3 骨盆座標系統與骨盆上DRF座標系統間轉換關係 24
3-3-4 器械座標系統與器械上DRF座標系統間轉換關係 25
3-4 髖臼杯植入角度之定義與決定 27
3-5 髖關節運動描述與運動範圍 29
3-5-1 彎曲與伸展 31
3-5-2 內、外旋轉 32
3-5-3 外展與內收 34
3-6 大腿長度變化量之量測 35
第四章結果與討論 38
4-1 誤差分析 38
4-1-1 前骨盆面與骨盆座標系統定義之誤差 38
4-1-2 器械方位對正之誤差 40
4-1-3 髖臼中心位置及半徑之量測誤差 43
4-1-4 大腿長度變化量之量測誤差 46
4-2 模型切除實驗 48
第五章結論 53
參考文獻 55

參考文獻

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指導教授

曾清秀(Ching-Show Tseng)

審核日期

2005-7-28

推文