虛擬腹腔鏡手術模擬系統之研究

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姚凱傑(Kai-Chieh Yao) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

虛擬腹腔鏡手術模擬系統之研究

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摘要(中)

本研究運用虛擬實境的技術發展一套可在個人電腦環境下操作之腹腔鏡手術的模擬系統。藉由刀具模擬器或鍵盤的設備，來學習整個腹腔鏡手術的流程與手術技巧，並記錄操作者整個操作過程，作為往後評量與技術改進的參考依據。研究主要分為兩個方向，分別是系統開發與系統驗證。
系統開發方面，主要是由VRML來架構整個虛擬手術場景。再經由Visual C++與Visual Basic來架構整個操作介面。Visual C++ 主要負責擷取刀具模擬器或鍵盤的訊號，對場景作適當的改變達到與使用者互動的效果，以及對系統狀態作不同的設定，建立最佳的模擬環境。Visual Basic 主要負責管理使用者的資料，作為日後評估與分析之用。
在系統驗證方面，首先為驗證分析系統的學習性，經由實驗可得到使用者的學習曲線及往後實驗前所需練習的次數。第二階段為證明系統的信度，將此次實驗的數據與第一次實驗的數據經由統計分析比對後得到系統是否具有信度。第三階段的實驗為在不同的回饋訊息提示下對使用者的操作時間與錯誤次數的影響。將不同訊息回饋的交叉配對，將得到的時間與錯誤次數加以分析，找出對有利使用者學習的最佳組合。

關鍵字(中)

★ 虛擬實境
★ 腹腔鏡
★ 系統開發
★ 系統驗證

關鍵字(英)

論文目次

摘要 I
誌謝 II
總目錄 III
圖目錄 IV
表目錄 VII
第一章緒論 1
1-1 研究背景與目的 1
1-2 研究內容 3
1-3 論文架構 4
第二章虛擬實境簡介與文獻回顧 5
2-1 虛擬實境簡介 5
2-2 文獻回顧 6
第三章系統規劃與開發 18
3-1 系統功能與規格 18
3-2 系統的軟硬體規劃 19
3-3 系統開發 26
3-4 程式介面與系統操作流程 29
3-5 系統操作流程 30
第四章實驗設計與結果分析 38
4-1學習性分析 38
4-2信度分析 44
4-4 實驗結論 64
第五章結論與未來發展建議 66
5-1 結論 66
5-2 未來發展建議 68
參考文獻 70
圖目錄
圖2-1 膽囊受到拉扯的情形 7
圖2-2 Phantom Box裝置 7
圖2-3 虛擬手術場景畫面 7
圖2-4 感測裝置之手術刀具 7
圖2-5 管狀器官擬真變形 8
圖2-6 膽囊變形模型 8
圖2-7 膽囊切割模型 8
圖2-8支氣管內視鏡模擬系統 9
圖2-9 軟式乙狀結腸鏡系統 9
圖2-10 結腸鏡虛擬場景畫面 10
圖2-11 解剖結構之3D模型 10
圖2-12 遠端腹腔鏡手術工作站 10
圖2-13 輸入裝置控制器 10
圖2-14 虛擬腹腔鏡手術檢查 11
圖2-15 由可顯像頭盔所看的虛擬影像 11
圖2-16 虛擬腦部手術 11
圖2-17可顯像頭盔所見虛擬腦部 11
圖2-18 膽囊切除手術模擬器正視圖 12
圖2-19 虛擬支氣管中的腫瘤 12
圖2-20 虛擬支氣管 12
圖2-21 虛擬手術縫合模擬場景 13
圖2-22 腹腔鏡手術虛擬場景 14
圖2-23 虛擬刀具挾持內臟 14
圖2-24 虛擬麻醉模擬場景 14
圖2-25 模型編輯程式介面 15
圖2-26 多媒體介面 15
圖3-1 硬體配置圖 19
圖3-2 系統登入畫面 30
圖3-3 選取手術種類 30
圖3-4 選擇刀具與內視鏡的手術位置 31
圖3-5 選擇手術刀具種類 31
圖3-6 將左側輸卵管提起 32
圖3-7 將預設的第一手術位置含夾 32
圖3-8 踩下雙極電燒腳踏瓣 33
圖3-9 將預設的第二手術位置含夾 33
圖3-10 踩下雙極電燒腳踏瓣 34
圖3-11 放開刀具 34
圖3-12 新增使用者 35
圖3-13 刪除使用者 35
圖3-14 變更使用者資料 36
圖3-15 使用者列表 36
圖3-16 查詢使用者紀錄 37
圖3-17 使用者所有資料記錄 37
圖4-1 手術模擬系統操作畫面 39
圖4-2 操作次數-各次操作的平均時間折線圖 42
圖4-3 操作次數-各次操作的平均錯誤次數折線圖 42
圖4-4 操作次數-各次平均操作時間折線圖 47
圖4-5 操作次數-各次平均錯誤次數折線圖 47
圖4-6 Pilot Test與Retest操作次數-操作時間折線圖 48
圖4-7 Pilot Test與Retest操作次數-錯誤次數折線圖 48
圖4-8實驗者操作情形 53
圖4-9有無側視圖下各種提示組合的操作平均時間圖 55
圖4-10 操作時間在有無景深及文字下的表現 58
圖4-11 操作時間在有無景深及聲音下的表現 58
表目錄
表1-1腹視鏡手術與傳統手術的比較 2
表3-1 虛擬實境電腦硬體設備之規格 21
表3-2模擬系統應用軟體一覽表 26
表3-3 場景內容 27
表4-1 實驗流程與與預估花費時間 40
表4-2 所有受測者各次操作時間與錯誤次數平均值 41
表4-3 實驗流程與與預估花費時間 45
表4-4 所有受測者操作時間與錯誤次數平均值 46
表4-5 Pilot Test 與 Test-retest 平均時間、錯誤次數與標準差 49
表4-6 拉丁方格之實驗次第與組別 52
表4-7 在有無側視圖下各種提示組合的操作平均時間 55
表4-8不同的類別對時間的影響 56
表4-9 不同類別的平均錯誤次數與顯著度 59
表4-10 不同類別的平均夾合次數與顯著度 59
表4-11 不同提示訊息在有無側視圖下對平均錯誤次數的影響 60
表4-12 不同提示訊息在有無側視圖下對平均夾合次數的影響 60
表4-13 不同類別在「無側視圖」下對錯誤次數的影響比較 61
表4-14 不同類別在「有側視圖」下對錯誤次數的影響比較 61
表4-15 不同類別在「無側視圖」下對夾合次數的影響比較 62
表4-16 不同類別在「有側視圖」下對夾合次數的影響比較 62
表4-17 不同類別在有無側視圖下對錯誤次數的影響 63
表4-18 不同類別在有無側視圖下對夾合次數的影響 64

參考文獻

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指導教授

鄭銘章(Ming-jang Jeng)

審核日期

2002-7-18

推文