內視鏡手術擬真力回饋雛型系統之開發

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姓名

許元聰(Yuan-tsung Shiu) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

內視鏡手術擬真力回饋雛型系統之開發
(Development of Real Force Feedback Fundamental System in Laparoscopy Surgery)

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摘要(中)

內視鏡手術因具備手術傷口小、病人恢復快等優點，已被廣泛應用於外科手術，內視鏡手術模擬系統可以提供一個無危險且低醫療資源消耗的訓練平台，而力量回饋在內視鏡手術中佔有相當重要的一部分。由於目前國內外相關研究中，內視鏡手術模擬系統的力量回饋都是經由數學方程式運算或由演算法推導而來，對於力量真實程度仍有改善空間。基於此原因，本研究開發一套擬真力量試驗平台用以量測手術刀具碰觸真實器官或組織的力量回饋資訊，並將所有資訊彙整成資料庫，搭配力量回饋模擬器，完成一套內視鏡手術擬真力回饋雛型系統，以進行真實力量感覺的模擬與訓練。
系統開發方面，主要是由Visual Basic 2005 建構，內容包括擬真力量試驗平台的運動控制與擷取操作介面、擬真力量回饋雛型系統的操作介面，並利用Microsoft Access建置擬真力量回饋資料庫。
在系統驗證方面，本研究規劃訊息回饋實驗，探討力量回饋訊息與視覺回饋訊息對於受測者操作手術訓練系統的影響與結果。實驗結果顯示因為力量回饋的作用，因此在操作時間上力量回饋皆高於無力量回饋，且結果亦顯示出在有、無視覺回饋下力量回饋對於手術模擬訓練是有輔助效果的。

摘要(英)

Laparoscopy surgery possess advantage of small operation wound and fast patient restored have already widely used in operation. Laparoscopy surgery simulation system can provide a no danger and low medical resources consume training platform. Force feedback occupies a quite important part in laparoscopy surgery simulation system. As a result of domestic and international relevant research at present shows that force feedback in laparoscopy surgery simulation system all derived via the algorithm of performing and mathematics, it still have space to improve the true degree of force. Because of this reason, the study develop a test platform used to measure and record all data from surgery tool touch true organ or tissue, and import these data into database. Finally, the study develops a fundamental system of real force feedback, it use database and force feedback surgery simulator to simulate and train with real force.
We use Visual Basic 2005 to develop the system which includes test platform control and acquisition operating interfaces and system control interfaces, we also use Microsoft Access to establish force feedback database.
The study adopt force feedback experiment in order to verify the system, the results show that force feedback have more operation time than without force feedback. It also shows that force feedback has assist in surgery simulation training.

關鍵字(中)

★ 系統驗證
★ 力量回饋
★ 內視鏡

關鍵字(英)

★ System Verify
★ Laparoscopy
★ Force Feedback

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
第一章緒論 1
1-1研究背景 1
1-2研究目的 3
1-3研究內容與流程 3
1-4論文架構 4
第二章文獻回顧 5
2-1力量回饋建立之相關文獻 5
2-1-1 國內力回饋相關文獻 5
2-1-2 國外力量回饋相關文獻 6
2-1-3 力回饋設備之相關文獻 14
2-1-4系統驗證相關文獻 17
第三章系統規劃與開發 18
3-1系統功能與規格 18
3-1-1系統功能 18
3-1-2系統規格 18
3-2擬真力量試驗平台 19
3-2-1擬真力量試驗平台之規劃與製作 19
3-2-2擬真力量試驗平台之校正 22
3-3擬真力量回饋資料庫之規劃與實驗結果 26
3-3-1擬真力量回饋資料庫之規劃 26
3-3-2擬真力量回饋資料庫實驗過程與結果 27
3-4系統硬體規劃 32
3-4-1使用者操作介面Phantom Omni 32
3-4-2資料擷取 34
3-4-3個人電腦 34
3-5系統軟體規劃 35
3-5-1擬真力量試驗平台操作介面 35
3-5-2訊號處理模組 37
3-5-3播放真實刀具與對應動作模組 39
3-5-4特殊音效播放 39
3-5-5學習歷程記錄 39
3-5-6讀取擬真力量回饋資料庫 40
3-6系統開發 40
3-7系統操作流程 41
3-7-1力量回饋雛型系統操作畫面 41
3-7-2執行動作、執行器官與手術工具之實驗過程畫面 42
第四章實驗設計與結果分析 45
4-1訊息回饋分析 45
4-2訊息回饋實驗結果與討論 48
4-3系統滿意度分析 61
第五章結論和未來展望與建議 64
5-1結論 64
5-1-1系統開發 64
5-1-2系統評估 65
5-2未來展望與建議 66
參考文獻 68
附錄A 研究同意書 70
附錄B 系統滿意度問卷 71

參考文獻

1.陳欣沛，”腹腔鏡膽囊切除手術模擬系統”，碩士論文，國立中央大學，民國89 年。
2.王世興，”腹腔鏡手術模擬系統用輸入裝置之設計與控制”，碩士論文，國立中央大學，民國88年。
3.彭怡華，”腹腔鏡膽囊手術模擬系統”，碩士論文，國立中央大學，民國88年。
4.張家峻，”利用力回饋裝置模擬具觸感的鑽及鉅骨科手術”，碩士論文，中原大學，民國95年。
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6.Immersion Corporation, Immersion Medical Overview, January 2003, 取自http://www.immersion.com/products/medical/overview.shtml.
7.C. Basdogan and M. A. Srinivasan, “Haptic rendering in virtual environments ”, 2001, 取自http://network.ku.edu.tr/~cbasdogan/Papers/VRbookChapter.pdf.
8.A. Radetzky, A. Nürnberger, M. Teistler and D. P. Pretschner, “Elastodynamic shape modeling in virtual medicine ”, IEEE Shape Modeling and Applications, Vol. 25, pp. 172-178, March 1999.
9.C. Basdogan, S. De, J. Kim, Manivannan Muniyandi, H. Kim and M. A. Srinivasan, “Haptics in minimally invasive surgical simulation and training ”, IEEE Computer Graphics and Applications, Vol. 24, pp. 56-64, March-April 2004.
10.J. Kim, S. De and M. A. Srinivasan, “Computationally efficient techniques for real time surgical simulation with force feedback ”, IEEE Computer Society, Vol. 20, pp. 51-57, March 2002.
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指導教授

鄭銘章(Ming-chang Jeng)

審核日期

2008-7-22

推文