3D超音波穿刺手術導引系統

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姓名

馮宇平(Yu-Ping Feng) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

3D超音波穿刺手術導引系統

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摘要(中)

在醫學上超音波影像由於其無傷害、方便使用、能即時取得影像等特點，常應用於偵測腫瘤及輔助腫瘤穿刺取樣。在腫瘤穿刺時，超音波的二維影像因為不容易精確得知病灶的位置，導致往往要多次穿刺才能取到腫瘤，這不但讓醫生承受極大的壓力，也增加病人的傷害。若能由超音波影像定出病灶空間位置，並將其重建成三維模型，幫助醫生找到病灶的最佳穿刺點，再由定位裝置導引刺針至病灶處，將可以大幅提升超音波的使用性與應用範圍。
為達成上述目標，本研究發展出一套3D超音波影像手術導引系統。以超音波影像重建出病灶之三維模型，需先於探頭上裝置一磁場接收器，利用超音波影像方位校準取得超音波影像相對於接收器之座標轉換關係，乘上接收器相對於磁場發射器的座標轉換矩陣，就可獲得影像相對於發射器的方位關係；然後將連續擷取的超音波影像利用多種子點區域成長尋邊法找出影像內病灶之邊界，並搜尋病灶的截面區域；最後依病灶影像像素的空間座標位置，將其灰階填於三維空間體素中即可利用圖形顯示方式重建成三維模型。在穿刺導引方面先進行手術器械方位校準以找出針筒針尖及針的方向相對於接收器的座標轉換關係，乘上接收器與發射器間的座標轉換關係，即可得刺針相對於發射器的方位。由於先前重建之三維病灶模型及針的方位皆相對於發射器，因此可將三維模型及針同時顯示在以發射器為基準的三維空間中，並以彼此相對方位關係達到導引刺針的目的。
本研究所採用的磁場式定位裝置，由於體積小，易附加於各種手術器械上，很適合超音波影像導引定位用，所發展的系統經模型定位實驗結果顯示位置精度可達到1mm左右，其誤差適用於如腫瘤等各種軟組織的穿刺應用上。

關鍵字(中)

★ 方位校準
★ 手術導引
★ 影像尋邊
★ 3D
★ 超音波
★ 腫瘤穿刺

關鍵字(英)

論文目次

摘要……………………………………………………… Ⅰ
目錄……………………………………………………… Ⅱ
圖表索引………………………………………………………… Ⅳ
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………………………………………2
1-4 論文介紹………………………………………4
第二章系統架構………………………………………5
2-1 系統作業流程…………………………………5
2-2 硬體架構………………………………………7
2-3 軟體介紹………………………………………10
2-3-1 介紹軟體介面…………………………………10
2-3-2 影像擷取與尋邊………………………………11
2-3-3 二維及三維影像顯示…………………………13
2-3-4 增強影像對比…………………………………16
第三章超音波影像三維重建…………………………17
3-1 超音波影像與重建……………………………17
3-2 超音波影像座標轉換…………………………19
3-2-1 超音波影像方位校準…………………………19
3-2-2 取得影像與影像座標…………………………22
3-3 超音波影像尋邊………………………………24
3-3-1 框選ROI與消除雜訊………………………… 25
3-3-2 影像種子點找尋………………………………27
3-3-3 區域成長法尋邊………………………………28
3-4 三維重建………………………………………30
3-4-1 取得三維模型資料……………………………30
3-4-2 影像內插………………………………………31
3-4-3 體積顯示法與表面顯示法……………………32
第四章手術器械導引…………………………………34
4-1 座標系統簡介…………………………………34
4-2 針筒尖端方位校準……………………………36
4-2-1 方位校準原理…………………………………36
4-2-2 校準資料取得…………………………………37
4-2-3 適合度函數與基因法…………………………37
4-3 器械方向方位校準……………………………39
第五章實驗結果與討論………………………………40
5-1 影像尋邊實驗…………………………………40
5-2 三維模型重建實驗……………………………43
5-3 手術器械導引實驗……………………………46
5-3-1 手術器械方位校準實驗………………………46
5-3-2 模型定位導引實驗……………………………52
5-3-3 囊腫穿刺實驗…………………………………60
第六章結論……………………………………………62
參考文獻………………………………………………… 63

參考文獻

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指導教授

曾清秀(Ching-Shiow Teseng)

審核日期

2002-7-18

推文