基于多平面-曲面重建的計算機輔助手術規(guī)劃及模板數(shù)字化設計關鍵算法研究.pdf

1、計算機輔助手術規(guī)劃目前已廣泛應用于臨床中，對于確定病灶位置、制定最佳手術方案和保證手術成功等具有重要的意義。醫(yī)學圖像是計算機輔助術前規(guī)劃系統(tǒng)的信息源，本文基于VTK開源軟件開發(fā)包，提出了創(chuàng)新的醫(yī)學圖像多平面/曲面重建算法。根據(jù)任意兩平面間的夾角，由正弦定理得到平面之間的函數(shù)關系，通過設置任意面的斜截坐標原點和坐標軸輸出，實現(xiàn)了多平面重建算法。通過采用cardinal樣條曲線，以折線段近似表達曲線，最后采用三維數(shù)據(jù)場插值算法實現(xiàn)了曲面重建

2、。本文提出的醫(yī)學圖像多平面/曲面重建算法效率高、速度快，穩(wěn)定性強，能提供更加豐富全面的患者解剖信息，從而使術前規(guī)劃方案更加準確可靠?；谠撍惴ǎ_發(fā)了計算機輔助口腔種植規(guī)劃軟件CAPPOIS2.0及椎間孔鏡術前規(guī)劃軟件TE-Guider。
　　骨結合穩(wěn)定性是判斷種植體成功的重要指標之一，提供高效詳盡的圖像重建信息是計算機輔助口腔種植手術系統(tǒng)的難點所在。本文開發(fā)的口腔種植術前規(guī)劃軟件CAPPOIS2.0可實現(xiàn)多重圖像信息的復雜重建，

3、包括：矢狀面、冠狀面圖像重建；全景面片曲面重建、垂直截面圖像重建；繞種植體軸線的旋轉(zhuǎn)面及垂直種植體軸線的多平面重建，從而能夠輔助臨床醫(yī)生制定精確的口腔種植手術規(guī)劃方案。
　　針對傳統(tǒng)孔鏡腰椎間盤突出摘除手術存在學習曲線長和手術入路全憑臨床經(jīng)驗的問題，本文開發(fā)了椎間孔鏡術前規(guī)劃軟件TE-Guider。該軟件不僅能評估穿刺的可行性，還能提供穿刺路徑的入點位置和入路方向等重要參數(shù)信息，并為高位椎間盤摘除術提供多平面重建的解剖信息，指導手

4、術進行。為了精確地檢測路徑與三維網(wǎng)格模型的相交情況，提出了OBB(Oriented Bounding Box)包圍盒與三角網(wǎng)格切割結合的碰撞檢測方法，并通過分配GUI主事件線程和多個非GUI線程，在進行大量計算的同時保證軟件運行的穩(wěn)定性。
　　為了將術前規(guī)劃方案轉(zhuǎn)移到實際臨床，本文開發(fā)了計算機輔助手術模板設計系統(tǒng)，通過基板生成、切割平面設置、連接橋創(chuàng)建等步驟可進行半自動化的導板設計。本文基于布爾運算開發(fā)了導槽和橋接自動化設計功能，

5、實現(xiàn)了下頜骨截骨導板和腓骨截骨導板的數(shù)字化設計以及案例驗證。
　　綜上所述，本文開發(fā)了基于多平面/曲面重建的計算機輔助手術規(guī)劃系統(tǒng)CAPPOIS2.0與TE-Guider，為術前分析、入路規(guī)劃、術后評估提供了豐富的解剖結構信息，提高了術前規(guī)劃結果的準確性；提出了面向外科醫(yī)生的智能化手術模板設計方法，開發(fā)了通用性較強的模板數(shù)字化設計系統(tǒng)，有助于提高手術精度。本文的研究成果將為計算機輔助手術規(guī)劃系統(tǒng)及數(shù)字化模板的大規(guī)模普及應用奠定堅實