● 摘要
微创外科手术的发展对手术操作的精度及安全性提出了更高的要求，针对微创外科手术中常用的磨削操作进行研究，磨削过程中磨钻由医生手工把持，当意外发生时很难及时切断动力而避免对人体组织造成损伤。为了提高手术的安全性，通过对手术导航系统进行功能扩展形成了能在手术过程中对手术工具动力实时控制的动力控制系统。并完成了动力控制系统软件平台的设计及开发，实现了人体复杂组织的三维重建。 首先，本文详细描述了动力控制系统的工作原理、系统组成及在手术过程中的操作流程。介绍了动力控制系统软件平台的设计与开发过程。 其次，对系统中所涉及的关键技术进行了深入研究，包括医学图像的读取、图像的显示、轮廓线的提取、三维模型重建、立体定位技术以及空间配准技术。 再次，为了准确提取出感兴趣区域的轮廓线，本文提出了一种高效稳定的轮廓线生成算法。该算法采用逐段跟踪的方式生成轮廓线，快速准确，并且所生成的轮廓线都是封闭的且具有正确的嵌套关系，同时为了方便交互使用D-P算法对轮廓线进行了简化，并给出了丰富的编辑功能能方便快捷地对轮廓线进行修改。 最后，对论文的核心内容—复杂组织的三维重建问题进行深入研究。由于人体组织结构复杂，医学图像信息表达不清晰，自动的方法很难重建出准确的表面模型。通过对现有算法的研究提出基于面积函数的三维重建算法。该算法通过计算被轮廓线包围的网格面积重新重构出体数据，然后对体数据使用Marching Cubes算法重构出三维模型。为了避免单独某个片层方向上图像信息的不完整性及不准确性，使用三个方向的轮廓线同时构造体数据。该算法能实现复杂组织的三维重建，重建后的模型表面光滑，文中给出了重建结果，验证了该算法的正确性。