臺灣博碩士論文加值系統

跨平台影像對位系統主要應用於生物實驗中的小動物為對象，特別針對其體內特定組織或器官，藉由醫學影像導引機械手臂穿刺的方式，達到藥物注射及組織採樣的目的。過去，此類技術通常是仰賴對於解剖生理有經驗的研究人員來執行，由於每隻小動物的體內器官分布的情況可能都會有所不同，於是利用磁振造影儀(MRI)與微型正子電腦斷層掃描儀(microPET)分別來觀察動物體內的解剖資訊與放射藥物聚積情況。再藉由本實驗室所發展的影像對位系統，以體外標記(Marker)質點定位方式，導引機械手臂穿刺達到目標位置點。過程中，吾人可能無法確定所穿刺的點是否正確，於是本研究以光學輔助的方式，再次驗證其導引針頭穿刺位置及目標點穿刺的準確度，也提出一套對於本系統之有效定量的方法。
由研究結果顯示，本系統以CCD影像與MRI影像之間，所求得的紅球及黑球目標點之空間誤差分別為0.821mm及0.693mm，其導引針頭位置各軸最大誤差量約介於0.4~0.6mm之間。此誤差若應用於較大之器官，如肝、肺等，其誤差程度仍在可接受範圍之內；但若應用於對於腦、血管…等較微小組織之器官，其在精確度上仍有待進步及改善的空間。

The cross-platform image positioning system is primarily used for small animals on biological studies, with particularly a view on certain tissues or organs, the system using medical imaging as a guiding tool direct robotic arm to perform puncture, drug delivery or tissue sampling. In the past, such approach is usually implemented by experienced researcher with anatomical background. In addition, since the positions of internal organs in small animals could vary significantly, we have, therefore, used MRI and microPET in help to obtain high resolution anatomy information and dynamic functional drug properties to internal organs and tissues.
The image registration and positioning system developed by this laboratory is utilized, using external marker for guiding the robotic arm to point at accurate target position. But, with such arrangement, it is not so sure if the pointing position is accurate enough during the entire guiding process. In this study, we have then develop an optical assisted auxiliary approach to substantiate the position of needle puncture and the accuracy of target positioning so as to helping put forth a set of effective quantification method for the system.
As indicated with the experiment results, differences of margin between the target points obtained from the CCD imaging and MRI imaging were respectively as 0.821 and 0.693mm, while the greatest margin error for each axis of the guide needle position was found within 0.4-0.6mm. Of such margins, it could be applied on large size of organs such as liver, lung and others, as its error margin is reckoned within acceptable scope. There remains space for accuracy and improvement with regard to brain, vessel and other micro-tiny tissue and organs.

目錄
中文摘要…………………………………………………………………v
英文摘要……………………………………………………………… vi
誌謝………………………………………………………………… vii
目錄………………………………………………………………… viii
圖表索引……………………………………………………………… xi

第一章 緒論 1
1.1 前言…………………………………………………………………1
1.2 研究目的……………………………………………………………3
1.3 論文架構……………………………………………………………3
第二章 實驗材料與原理 5
2.1 機械系統架構………………………………………………………5
2.1.1 機械手臂控制平台簡介……………………………………5
2.1.2 硬體簡介……………………………………………………6
2.1.3 軟體簡介……………………………………………………8
2.1.4 CCD架設及相關機構設計 …………………………………9
2.2 CCD定位原理介紹………………………………………………… 10
2.3 CCD影像系統架構………………………………………………… 12
2.3.1電荷耦合元件(CCD,Charge Coupled Device)簡介 …… 12
2.3.2 CCD成像原理……………………………………………… 13
2.3.3 鏡頭( Lens )介紹…………………………………………14
2.4 CCD 系統校正及控制介面 ……………………………………… 16
2.4.1 CCD攝影機參數校正 …………………………………… 16
2.4.2平台校正 ………………………………………………… 18
2.4.3 CCD 使用者控制介面 …………………………………… 20
2.5 機械手臂針頭位置與空間目標點計算 …………………………22
2.5.1 對應點的判定 …………………………………………… 22
2.5.2 機械手臂針頭座標計算 ………………………………… 23
2.5.3 空間目標點計算 ………………………………………… 27
2.6 磁振造影基本原理介紹 ………………………………………… 34
2.6.1 成像原理 ………………………………………………… 34
2.6.2 磁振造影脈衝序列簡介 ………………………………… 34
2.7 微型正子斷層掃描儀介紹 ……………………………………… 36
2.7.1 微型正子斷層掃描儀簡介 ……………………………… 37
2.7.2 微正子斷層掃描之原理 ………………………………… 45
2.8 系統精確度模擬實驗材料簡介 …………………………………39
2.8.1 體外標記物(external Marker) ………… …………… 39
2.8.2 目標點模擬及膠(Gel)的配製…………………………… 40
第三章 實驗步驟及分析方法 42
3.1 針頭與CCD座標對位實驗……… …………………………………42
3.2 假體模擬實驗步驟 ……………………………………………… 45
3.2.1 假體於微型正子斷層攝影(PET)之取像實驗步驟……… 45
3.2.2 假體於磁振造影之取像實驗步驟 ……………………… 47
3.2.3 影像定位系統之操作與步驟 …………………………… 49
3.2.4 假體於CCD影像驗證之實驗步驟………………………… 53
第四章 實驗結果及討論 55
4.1 穿刺準確度誤差評估 …………………………………………… 55
4.2 假體實驗結果與分析 …………………………………………… 57
第五章 結論與未來展望 59
5.1 結論 ……………………………………………………………… 59
5.2 未來展望 ………………………………………………………… 61

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