1、隨著科學的發(fā)展和社會的進步，越來越多的先進科學技術被應用到醫(yī)療領域，微創(chuàng)和計算機輔助逐漸成為外科手術的重要發(fā)展方向。手術導航系統(tǒng)是計算機輔助手術的應用，目前已成為新的研究及臨床應用熱點。它將手術器械和病灶部位實時顯示在術前重建的虛擬解剖結構上，在術中為醫(yī)生實時進行導航，可以提高手術精度，減小手術創(chuàng)傷，降低手術失誤率。根據顱頜面外科手術對手術導航系統(tǒng)的需求和研究需要，本文研制了新一代的高精度顱頜面手術導航臨床樣機系統(tǒng)。
　　本文主要

2、圍繞高精度顱頜面手術導航臨床樣機系統(tǒng)的研制，對其所涉及的關鍵技術進行了研究，包括立體視覺三維重建、手術器械定位和顱頜面手術導航系統(tǒng)自配準等技術。
　　本研究的主要創(chuàng)新性結果歸納如下：
　　1.研究了手術器械的標定、識別和重建算法。手術器械的標定包括獲取標識點構成的幾何結構，以及工作點在這些標識點構成的局部坐標系下的坐標。首先，采用變換手術器械姿態(tài)的方式，通過計算機視覺方法進行手術器械標定。其次，采用模板匹配法識別手術器械。再

3、次，提出了手術器械高精度重建算法。傳統(tǒng)方法在識別標識點后孤立地將手術器械每個標識點重建，由于受到圖像噪聲、標定誤差和量化誤差等因素的影響會導致三維位置誤差較大。本文基于手術器械的剛體結構特性提出了提升器械重建精度的方法，即在手術器械識別后，將手術器械自身結構信息作為約束重建手術器械的所有標識點。此方法不僅能得到更高精度的重建結果，而且能消除抖動誤差。
　　2.研制了自配準顱頜面手術導航系統(tǒng)。根據顱頜面解剖特點，發(fā)明顱頜面自配準跟蹤

4、裝置，并基于此裝置開發(fā)了自配準及跟蹤軟件。頭顱骨標本實驗表明，自配準顱頜面手術導航系統(tǒng)精度滿足臨床需求。使用自配準跟蹤裝置不會造成額外創(chuàng)傷，并可多次使用。
　　3.研究了手術導航系統(tǒng)中的三維配準誤差。首先通過對配準誤差中配準點定位誤差、配準點配準誤差、目標點配準誤差及目標點預測誤差的深入研究，發(fā)現可通過對配準點空間位置分布進行優(yōu)化來降低目標點配準誤差。其次通過對影像漂移誤差、手術導航系統(tǒng)的精度及臨床應用誤差等方面進行實驗與分析，完

5、成了手術導航系統(tǒng)誤差傳遞鏈的系統(tǒng)研究。
　　4.研究了導航中變形曲面的三維重建和跟蹤。針對雙目攝像機，本文提出一種基于線性規(guī)劃和立體視覺的變形曲面重建方法。針對實際應用中可能出現的單目攝像機情形，本文提出在L∞范數意義下，將單目變形曲面重建問題描述為一系列線性規(guī)劃問題，從而能有效求取全局最優(yōu)解；并且提出一種快速求解該問題的算法，提高了算法運行速度。
　　在上述關鍵技術的基礎上，本文研制了顱頜面手術導航臨床樣機系統(tǒng)。該樣機硬件