下肢骨折復位手術自動化骨折床設計開發與測試 自動化骨折床之機構設計開發 下肢骨折復位手術自動化骨折床設計開發與測試 骨科醫師指出使用傳統骨折床進行下肢骨折牽引復位時，為避免病患患處受到感染，無法在開刀過程接觸床台以調整方位；而傳統骨折床也缺少彎曲膝蓋之輔助機構，無法適用於需活動膝關節來進行骨折復位之手術，若病患同時發生大腿與小腿骨折時，醫生則需先以徒手方式進行小腿骨折復位手術，再將病患轉放置在傳統骨折床上，進行大腿骨折復位手術，這樣兩段式手術作業，不但手續繁雜且醫師無法連續處理治療；另外，醫師通常是使用活動式X光機（C-arm）進行復位時，都必須一邊觀察X光機所拍出之患處影像，一邊徒手來進行復位調整，即使採取了相關的防護措施，長時間所吸收的輻射量，仍將嚴重危害其健康。因此本研究係設計開發一套「下肢骨折復位手術自動化骨折床」，以克服上述問題。本研究已完成機構設計與機電整合、測試。另外為了配合臨床應用功能，也針對新增之髖、膝關節活動機制，評估手術時抬腿、膝蓋彎曲角度、大/小腿牽引量與所開發機台之適用性；除此，本研究也由骨科醫師以成豬下肢進行動物實驗，模擬人體下肢骨折接受復位手術之操作流程及臨床上牽引復位之適用性，經實驗驗證本研究所開發之自動化骨折床確實符合臨床需求及原設訂之研究目標。 摘 要 本研究首先對傳統骨折床之基本功能進行調查，並且與骨科醫師討論下肢骨折種類與手術方式，然後針對國人身材進行人因工程分析，轉換成工程設計規範後，利用Solid works軟體設計自動化骨折床之機構（包含支架機構、牽引機構、旋轉機構與固定架機構），續而利用Visual Nastran 動態模擬軟體進行機構運動分析，最後進行機構雛形製作、組裝及測試。 市售傳統骨折床調查表 公司名稱 STKTRON STERIS Narang Enterprises 產品圖片 安裝方式 安裝於手術台下 安裝於手術台基座 基本功能 1.適合各種腿長，進行長度調整 2.具有下肢抬舉功能 3.具有手動牽引功能 自動化骨折床之機構設計流程圖 問題界定 工程設計規範 機構概念設計 機構細部設計 機構動態模擬 雛形製作與安裝 市售產品之功能調查 下肢骨折手術方式調查 人體計測資料調查 自動化骨折床機構設計圖 自動化骨折床機構實體組裝圖 下肢骨折手術方式調查表 機電控制電路設計 功能測試 骨折名稱 轉子間骨折 股骨頸骨折 股骨骨折 脛骨骨折 骨折情形 手術方式 使用傳統骨折床 進行牽引旋轉復位動作 1.在股骨遠端內側插入3mm的骨釘 2.髋關節與膝關節彎曲15度 3.重物牽拉 1.髖關節彎曲50度，而膝關節彎曲90度 2.徒手向下牽引 以正常人為測試者，對抬腿、膝蓋彎曲、大腿牽引與小腿牽引等功能進行測試。共有七位自願者參與測試，實驗結果發現，大腿平均牽引量距離為3.2㎜，而小腿平均牽引距離為1.9㎜。 本研究係利用Electronics Workbench電路設計軟體，設計本系統控制電路，並製作手動式控制面板，控制電路功能如下圖。 控制電路模組 大腿牽引控制電路 抬腿控制電路 小腿牽引控制電路 膝蓋彎曲控制電路 足部旋轉控制電路 大腿牽引機構 抬腿機構 小腿牽引機構 膝蓋彎曲機構 足部旋轉機構 控制電路功能 骨折復位牽引安全參數評估軟體設計開發 骨折復位模擬手術 實驗情況 抬腿測試 膝蓋彎曲測試 大腿牽拉測試 小腿牽拉測試 本研究利用VB6.0軟體介面程式撰寫骨折復位牽引安全參數評估軟體，其目的是提供醫師資料庫輸入介面，借本研究所開發之機台進行臨床測試，並可將儀器所量測之數據，收集至資料庫內；除此，也提供醫師輸入病患生理參數的人機介面，做為生理參數查詢及分析功能，並提供醫師調整設定最大牽引距離之參數。 本研究也利用成豬下肢來模擬骨折復位手術，實驗係使用本研究所開發之機台進行，實驗步驟如下 1.使用鋼釘與鋼絲將成豬下肢固定在機台上（圖A），調整小腿牽引裝置，使成豬下肢被牽拉 伸長情況 2.在側面劃開一個口，得以目視成豬下肢骨頭，並鑽斷骨頭及標上記號（圖B） 3.放鬆成豬下肢，然後模擬骨折情況（圖C） 4.控制機台小腿牽引裝置與足部旋轉裝置，進行骨折復位動作，以觀察骨折復位情況(圖D) 根據成豬動物實驗，證實本研究所開發之「自動化骨折床」確實能達到骨折復位之功效。 圖A 圖B 圖C 圖D 左圖為資料庫輸入介面 右圖為骨折牽引距離評估介面 機械工程研究所碩士班 研究學生：方文郁 指導教授：李明義