臺灣博碩士論文加值系統

體外震波碎石術(extracorporeal shock wave lithotripsy)是目前最具效率且廣為應用於治療腎臟結石(renal calculi)之手術方式之一，但即使此一治療方式於臨床上已行之有年，但仍有許多待改善之處；例如呼吸動作會導致腹腔內臟器之位移，當施以震波碎石術治療時，此一震波可能傷及周邊健康之腎臟組織或是其他鄰近臟器。此外，亦可能因為治療不完全致使殘存於腎臟內之結石碎片再聚集成長，而導致患者需再次入院治療。
先前已有針對此一缺點提出改良系統，可因應呼吸時之位移，進而移動震波產生器之位置，使震波可準確地定位於腎臟結石上。但是，此一系統之主要缺點在於用以追縱定位之超音波影像係屬二維影像，無法完全掌握三度空間中腎臟結石之移動路徑，因而限制其在臨床上之應用與接受度。故本論文擬於治療前先建立一具三度空間細節之超音波影像，藉由假體(phantoms)之量測與模擬以驗證此一改良系統之效率。藉由此具三度空間影像追蹤系統之建立與改良，期能提高體外震波碎石術於臨床上之應用價值。

There Extracorporeal shock wave lithotripsy is the most effective and common practice for the treatment of renal calculi. Even though this type of treatment has been available for many years, it is far away from an optimal state, because breathing induces movement onto the abdominal organs. For this reason shock waves hit not only the kidney stone but also other healthy tissue, resulting in damage on damaging the kidney and other organs. Moreover, the rate for recurrence of stone is increased since fragments remained in the kidney due to incomplete treatment.
Previous research has presented an improved method that can follow the movement of the kidney and move the shock wave generator accordingly so that all shock waves hit the kidney stone. The disadvantage of this method is that the ultrasound imaging that was used for the tracking is two dimensional. Therefore the system does not have the ability to follow a three dimensional kidney stone path at all times. This fact makes the system difficult to be accepted by the majority of medical technicians. The research presented here uses registration of the ultrasound images with a three dimensional image acquired at the beginning of the treatment in order to overcome existing problems. Measurements with phantom are estimated for improving the effectiveness of the proposed method. This research is an attempt to produce a system that will be more acceptable for medical technicians.

誌謝I
中文摘要II
AbstractIII
目錄IV
表目錄VII
圖目錄VIII
第一章 緒論1
1-1 研究背景1
1-2 體外震波碎石術之原理及應用5
1-2-1 電極式震波產生器7
1-2-2 電磁式震波產生器8
1-2-3 壓電式震波產生器9
1-3 呼吸運動原理11
1-3-1 吸氣肌羣之運動11
1-3-2 呼氣肌羣之運動12
1-4 研究動機15
1-5 研究目的16
1-6 論文研究架構17
第二章 伺服馬達系統設計18
2-1 硬體系統架構18
2-1-1 XYZ軸移動基座平台20
2-1-2 AC伺服馬達和驅動器22
2-1-3 外殼接地系統設計25
2-1-4 光遮斷器27
2-1-5 減速機29
2-1-6 PCI-1240四軸伺服馬達控制卡29
2-1-7 伺服馬達驅動系統31
2-2 軟體系統架構33
第三張 影像分析系統和研究方法36
3-1 影像分析系統36
3-1-1 超音波影像系統36
3-1-2 假體研製方法38
3-1-3 分析方法—相關性定理41
3-1-4 分析方法—相關匹配44
3-1-5 分析軟體48
3-2 實驗材料及設備50
3-3 研究方法52
3-3-1 驗證實驗方法一53
3-3-2 驗證實驗方法二55
3-3-2 軟體效能之比較58
第四章 結果與討論59
4-1 驗證實驗方法一之結果—平行方向60
4-1-1 比對方式一之結果60
4-1-2 比對方式二之結果61
4-1-3 比對方式三之結果63
4-1-4 比對方式四之結果64
4-2 驗證實驗方法二之結果―垂直方向66
4-2-1 比對方式一之結果66
4-2-2 比對方式二之結果68
4-2-3 比對方式三之結果70
4-3 軟體效能比較之結果72
第五章 結論73
參考文獻75
表目錄
表1 移動平台規格表21
表2 軟體比較時間上之效能(毫秒)72
圖目錄
圖1-1.1 泌尿系統結石和腎結石1
圖1-1.2 腎盞下端部分之不同(A)長度(B)高度(C)寬度4
圖1-2.3 震波聚焦區域F2點6
圖1-2.4 震波治療腎結石之方式6
圖1-2.5 震波之壓力波形7
圖1-2.6 電極式震波產生器8
圖1-2.7 電磁式震波產生器9
圖1-2.8 壓電式震波產生器10
圖1-3.9 吸氣使橫膈膜收縮圖13
圖1-3.10 呼氣使橫膈膜鬆弛圖14
圖1-3.11 參與呼吸作用之肌羣圖14
圖1-6.12 簡單架構介紹17
圖2-1.1 移動系統基本說明圖18
圖2-1.2 移動系統實體圖19
圖2-1.3 單軸之移動平台基座實體圖20
圖2-1.4 XYZ軸架設完成移動平台基座實體圖21
圖2-1.5 AC伺服馬達與驅動器23
圖2-1.6 AC伺服馬達說明圖24
圖2-1.7 馬達驅動器說明圖24
圖2-1.8 封裝之伺服馬達圖25
圖2-1.9 干擾之超音波影像圖26
圖2-1.10 改良之後超音波影像圖26
圖2-1.11 光遮斷器之接腳圖27
圖2-1.12 光遮斷器示意圖28
圖2-1.13 光遮斷器實體圖28
圖2-1.14 Z軸上之減速機29
圖2-1.15 PCI-1240四軸馬達控制卡實體圖31
圖2-1.16 伺服馬驅動器之整合系統實體圖32
圖2-2.17 伺服馬達軟體控制流程圖33
圖2-2.18 伺服馬達軟體控制介面35
圖3-1.1 超音波診斷系統37
圖3-1.2 超音波探頭37
圖3-1.3 超音波影像39
圖3-1.4 模擬腎盞之氣球39
圖3-1.5 模擬結石之天然石頭40
圖3-1.6 製作完成之模擬假體40
圖3-1.7 (A)影像；(B)樣板；(C)和(D)填補後的影像；(E)相關函數顯示成ㄧ幅影像；(F)經過(E)的最高值的水平剖面線，顯示出最匹配發生的點44
圖3-1.8 X和Y變化46
圖3-1.9 (C)中最高點是當影像(B)與(A)中的字母”D”吻合時所發生47
圖3-1.10 切割成A和B影像資料49
圖3-1.11 相對位置會有較高之相關係數49
圖3-2.12 整體實驗系統架構說明50
圖3-3.13 研究方法流程說明53
圖3-3.14 單張比對方式54
圖3-3.15 多張比對方式55
圖3-3.16 旋轉90度單張比對方式56
圖3-3.17 旋轉90度多張比對方式57
圖4-1.1 連續2D影像資料建構成3D影像資料59
圖4-1.2 單張比對方式60
圖4-1.3 比對結果顯示找出位置在第15張照片位置上61
圖4-1.4 多張比對方式62
圖4-1.5 連續找出20張照片都在相對位置上62
圖4-1.6 多張縮小1/3比對方式63
圖4-1.7 縮小1/3連續比對20張照片有很大之相關性64
圖4-1.8 多張縮小1/5比對方式65
圖4-1.9 縮小1/5連續比對20張照片有很大之相關性65
圖4-2.10 旋轉90度單張比對方式67
圖4-2.11 旋轉90度單張比對出兩相關之波峰值67
圖4-2.12 顯示兩波峰值與比對照片有相關性68
圖4-2.13 旋轉90度多張比對方式69
圖4-2.14 連續比對20張照片其相關係數有變高趨勢69
圖4-2.15 旋轉90度縮小1/3多張比對方式70
圖4-2.16 縮小1/3連續比對20張照片其相關係數有變高趨勢71

一、中文部份
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二、英文部分
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