博碩士論文 89323096 詳細資訊




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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
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指導教授 曾清秀(Ching-Shiow Teseng) 審核日期 2002-7-17
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