骨科手術用C-arm影像輔助規劃及導引系統

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姓名

王舜民(Shan-Min Wang) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

骨科手術用C-arm影像輔助規劃及導引系統

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摘要(中)

由於X光造影設備C-arm的高機動性，且又能在手術中隨時更新影像，因此已被普遍使用於骨科。然而傳統骨科手術中，醫師憑藉本身臨床經驗規劃手術路徑以進行手術，為了要精準的定位，必須在手術時藉由C-arm來重複確認手術路徑，一次手術常需照射數十張的X光影像，造成醫護人員長期暴露在具有放射線的環境下，對健康影響甚鉅。基於傳統手術的缺點以及C-arm的高適用性，利用C-arm來達成電腦輔助骨科手術便成為一必然的趨勢。
本研究發展一套以C-arm影像為主的電腦輔助骨科手術用規劃及導引系統，整合光學式立體定位裝置及自行設計之校正器，讓醫師能依據系統所提供的空間資訊進行手術器械路徑規劃，並在術中提供手術器械與目標處之間的方位關係，即時顯示於電腦螢幕上，以協助醫師能準確鑽孔或將骨釘置放於事前規劃之最佳方位。
本研究可分為三部份：方位轉換校準、投影模式建構、影像變形校正。在方位轉換校準方面，利用正交向量對應法以及仿自然界生物演化的基因法則，求得各座標系之間的轉換關係。在投影模式建構方面，利用最小平方法求得X光有效發射源，以修正諸如重力等因素所引起的投影誤差。在影像變形校正方面，利用三次方程式校正C-arm影像全域性的針墊變形（Pincushion distortion）與S-shape扭曲變形。
本研究所發展的系統已在臺大醫院進行數次豬骨頭模擬實驗，平均單點精度可達1.0 ± 0.3mm，深獲醫師肯定。

關鍵字(中)

★ 電腦輔助手術
★ C-arm

關鍵字(英)

論文目次

摘要………………………………………………………………………I
目錄………………………………………………………………………II
圖索引……………………………………………………………………IV
表索引……………………………………………………………………VI
第一章緒論
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
2-1 系統作業流程……………………………………………………5
2-2 硬體架構…………………………………………………………8
2-3 軟體功能………………………………………………………12
2-3-1系統介面…………………………………………………12
2-3-2手術規劃…………………………………………………13
2-3-3 術中導引…………………………………………………14
第三章 C-arm影像定位
3-1 座標系統定義…………………………………………………16
3-2 方位轉換校準…………………………………………………18
3-2-1 轉換矩陣…………………………………………………18
3-2-2 手術器械座標系統………………………………………19
3-2-3 病患座標系統……………………………………………20
3-2-4 C-arm座標系統…………………………………………20
3-2-5校正器座標系統…………………………………………20
3-3 附加標記偵測…………………………………………………23
3-4 投影模式建構…………………………………………………24
3-5 影像變形校正…………………………………………………27
3-5-1 C-arm成像原理…………………………………………27
3-5-2 C-arm影像變形…………………………………………28
3-5-3 區域性法與全域性法……………………………………30
3-5-4 影像變形校正方程式……………………………………31
第四章實驗結果與討論
4-1 影像變形校正實驗……………………………………………34
4-2 有效發射源實驗………………………………………………38
4-3 有效發射源重新計算之需求性實驗…………………………40
4-4 整體系統之定位精度實驗……………………………………43
4-5 鑽孔實驗………………………………………………………47
4-6 誤差分析與修正………………………………………………57
4-6-1 校正器座標系統誤差……………………………………57
4-6-2 附加標記影像中心選取誤差……………………………57
4-6-3 附加標記量測誤差………………………………………58
4-6-4 有效發射源計算誤差……………………………………58
4-6-5 定位裝置誤差……………………………………………58
第五章結論……………………………………………………………60
參考文獻…………………………………………………………………62

參考文獻

[1] Boone, J. M., Seibert, J. A., Barrett, W. A., et al., “Analysis and correction of imperfections in the image intensifier-TV-digitizer
imaging chain,” Med. Phys., Vol. 18, No. 2, pp. 236-242, 1991.
[2] Brack, Ch., Götte, H., Gossé, F., et al., “Toward accurate X-ray camera calibration in computer-assisted robotic surgery,” Computer
Assisted Radiology, pp. 721-728, 1996.
[3] Champleboux, G., Lavallee, S., Sautot, P., et al., “Accurate calibration of cameras and range imaging sensor: the NPBS method,” IEEE International Conference on Robotics and
Automation, Nice, France, Vol. 2, pp. 1552-1557, 1992.
[4] Craig, J. J., Introduction to Robotics Mechanics and Control,
Addison Wesley, Chapter 2, 1989.
[5] Fahrig, R., Moreau, M. and Holdsworth, D. W., “Three-dimensional computed tomographic reconstruction using a C-arm mounted XRII: correction of image intensifier distortion,” Medical Physics, Vol. 24,
No. 7, pp. 1097-1106, 1997.
[6] Gonzalez, R. C. and Woods, R. E., Digital Image Processing,
Addison Wesley, 1993.
[7] Guéziec, A., Kazanzides P., Williamson, B., et al., “Anatomy based registration of CT-Scan and intraoperative X-ray images for guiding a surgical robot,” IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 17,
No. 5, pp. 715-728, 1998.
[8] Jianhua Y., Taylor, R. H., Goldberg, R. P., et al., “A C-arm fluoroscopy guided progressive cut refinement strategy using a surgical robot,” Computer Assisted Surgery, Vol. 5, No. 6, pp.
373-390, 2000.
[9] Martins, H. A., Birk, J. R. and Kelley, R. B., “Camera models based on data from two calibration planes,” Computer Graphics and Image
Processing, Vol. 17, pp. 173-180, 1981.
[10] NEMA Standard Publication PS3, NEMA, March 27, 1992.
[11] Pietka Ewa and Huamg, H. K., “Correction of aberration in Image-intensifier systems,” Computerized Medical Imaging and
Graphics, Vol. 16, No. 4, pp. 253-258, 1992.
[12] Santos-Munne, J., Peshkin, M., Mirkovic, S., et al., “A stereotactic/robotic system for pedicle screw placement,” Interactive Technology and the New Paradigm for Healthcare - Proceedings of Medicine Meets Virtual Reality III, San Diego, CA, pp. 326-333,
January 1995.
[13] Schroeder, W. J. and Martin, K. M., The Visualization Toolkit 3nd,
Kitware, Inc., 1999.
[14] Sugal 2.1 Genetic Algorithms Simulator,
http://www.trajan-software.demon.co.uk/sugal.htm
[15] Technical Specifications, FlashPointTM Model 5000 3D localizer,
Image Guided Technologies, Inc., 1999.
[16] Wolberg, G., Digital Image Warping, IEEE Computer Society Press
Monograph, 1990.
[17] Yaniv, Z., Joskowicz, L., Simkin, A., et al., “Fluoroscopic image processing for computer-aided orthopaedic surgery,” Medical Image
Computing and Computer-Assisted Intervention, pp. 325-334, 1998.
[18] Yaniv, Z., Sadowsky, O. and Joskowicz, L., “In-vitro accuracy study of contact and image-based registration: materials, methods, and experimental results,” Computer Assisted Radiology and Surgery
2000, pp. 141-146, 2000.
[19] 林俊杰, “腦部手術用導引系統之方位校準及腦瘤影像分割”, 碩
士論文, 中央大學機械工程研究所, 2002.
[20] 徐榮祥, “腫瘤偵測與顱顏骨骼重建”, 博士論文, 中央大學機械
工程研究所, 2002.
[21] 莊克士, 醫學影像物理學, 合記圖書出版社, pp. 112, 1998.

指導教授

曾清秀(Ching-Shiow Teseng)

審核日期

2002-7-17

推文