● 摘要
计算机辅助手术是典型的医工交叉研究领域，可以辅助医生完成手术规划、手术仿真、手术操作和手术评估，实现智能手术和安全手术。这其中，手术定位技术直接影响手术操作的精确性和稳定性，是计算机辅助手术的核心内容之一。在计算机辅助骨科手术领域，以C臂为成像设备、以计算机视觉理论为基础的双平面定位技术得到了有效应用，但仍存在双平面标尺结构较大、C臂成像姿态要求严格等限制，有可能造成标尺同患者出现干涉现象，不利于手术定位操作。
针对上述问题，本文参考光学导航系统，将C臂标定功能和手术定位功能分离。利用经典的标定靶方法来实现C臂标定，进而在已知C臂成像参数的情况下，利用一种新型的单平面定位标尺，通过其在C臂两个不同位姿下的透视图像，来模拟“双目”成像系统，实现手术空间定位。
本文主要以基于影像增强器的C臂为平台，其透视图像存在一定的几何失真变形，故首先设计并实现了图像旋转算法，进而对现有的校正方法加以改进，从而简化了校正操作，节约了手术时间，避免了医生和患者经受额外的射线辐射。
为建立透视图像像素与其对应空间点的位置映射关系，准确提取C臂的成像参数，本文采用标记点中心自动提取的方式对现有标定方法加以改进，并分别设计、研制了用于数字平板检测器C臂和用于影像增强器C臂的标定靶，同步实现了校正与标定操作，进一步减小了标定误差，提高了标定效率。
在上述工作的基础上，本文设计并制作了单平面定位标尺及性能测试面板，利用C臂来模拟双目成像，实现了融合C臂成像参数的单平面手术定位方法，并在模拟手术室环境下，完成了该方法的正确性、精确性和可操作性测试。实验结果表明：该方法能够实现空间定位，且定位精度基本稳定在2mm以下，可为医生提供准确的手术操作信息；将定位标尺简化为单平面结构，进一步提高了手术定位系统的临床操作性能；不使用昂贵的双目成像系统，大大降低了手术成本。