股骨復位手術用機械手臂機構設計(1/2)

在嚴重骨折中一骨塊可能完全斷裂成兩破裂骨塊，在手術中需要進行破裂骨塊復位，以確保破裂處可銜接復原，此一骨塊復位程序需要精密的手術，稱為｢骨復位手術｣。傳統上使用開放式手術以人工操作方式將破裂骨塊復位到其原始位置，由於術中醫學影像技術的進步，此種手術已可使用微創手術的方式進行，更新的技術則可使用機械手臂進行骨塊復位的操作，以達到更佳的精度與可靠性。臨床上使用機械手臂進行骨復位手術仍然很少，主要原因為缺乏專用於此一領域之機械手臂的發展，因為相關機械手臂機構的發展並非僅考慮機構層面而已，更需要考慮手術中破裂骨塊隱藏在肌肉背後種種複雜的現象與問題。 本計畫的目的為設計一專用於骨復位手術之機械手臂，擬發展一全新的機械手臂機構，以3-RPS之平行式機構為基礎，結合一雙三角之六邊形星形結構，並由兩組RPS所組成。經由先期的研究探討，已對該機構進行完整的分析，其最佳化設計與運動學表現有關，以力量傳遞為規則建立最佳化設計，並且以最小工作空間與最小相互作用力的需求為最佳化之拘束條件。 本研究擬研究骨復位手術所需之機械手臂機構設計，使用實驗室發展之骨復位術前模擬軟體-PhysiGuide，進行一系列模擬，決定機械手臂機構設計規格。骨復位手術模擬所需真實病患之CT影像，及肌肉組織與破裂骨塊間相互間作用力的資訊，將由合作醫師提供。本研究也將完成所設計機械手臂之雛型製造，並執行一系列實驗以驗證機械手臂可依據PhysiGuide軟體規劃之路徑運動，也將測試此一機構可平衡來自於肌肉作用於骨塊的力量。為進行平衡肌肉作用力的實驗，本研究也將設計一平台，於其上裝置骨塊模型，並使用彈簧與可調式鋼線以模擬肌肉之作用力。