我国人口基数庞大,每年都有大量的骨折和肢体畸形患者需要治疗。骨外固定支架因其应用范围广、固定可靠、微创等优势,越来越受到骨科医生的青睐。然而目前国内的骨外固定支架数字化程度不高,制定治疗处方时大多仍旧依靠医生的经验,支架灵活性低,给患者的治疗带来了诸多不便。为此,本文对Ortho-SUV骨外固定支架的关键技术进行深入研究,在此基础上开发具有自主知识产权的矫形软件系统,为临床应用奠定基础,同时对提高我国数字化精准矫形技术水平具有重要的意义。首先,本文对Ortho-SUV骨外固定支架应用于矫形时的总体流程进行了分析与规划,分析支架的变铰点结构并计算了它的自由度,建立相应的坐标系及其空间位姿模型,在进行位姿正解和反解时,直接将铰点在固定坐标系下的坐标作为未知数代入非线性方程组求解,避免了高耦合三角函数方程组的求解,降低了方程求解难度,通过算例验证了其正确性。其次,利用自主开发的数据测量软件模块,在正、侧位X光片上提取出畸形骨和参考环相对于参考骨的位姿数据信息,并将骨科医学术语转换为数学符号,通过运动学分析方法完成了矫形算法的推导,制定了Ortho-SUV骨外固定支架应用于矫形时的连杆调节治疗处方。再次,研究了Ortho-SUV骨外固定支架的运动性能,通过蒙特卡罗法分析了Ortho-SUV骨外固定支架的工作空间,分析结论有助于医生根据患者的畸形程度选择不同规格的支架,并推导它的雅可比矩阵,进而分析支架在其工作空间内的奇异性和灵巧性,结果表明工作空间内支架无奇异点,可操作度和灵巧度较好。然后,针对目前临床应用处方报告的缺点与不足,结合Ortho-SUV骨外固定支架用于矫形时的要求及特点,对治疗处方进行优化,以畸形骨骨端截面圆周上均布的12个矫形点的牵拉速率不超过最大容许矫形速率为要求,并对位姿轨迹进行直线轨迹规划,从而得到最短治疗周期,进而采用遗传算法进一步优化连杆调节顺序,使矫形位姿轨迹更加平滑,优化后的处方报告能够减轻患者疼痛感,更适于临床治疗。最后,根据骨折及畸形治疗的特点,确定软件系统方案,重点对数据库、交互界面和矫形算法实现等模块进行详细设计,进而利用开发的Ortho-SUV骨外固定支架系统开展胫骨及股骨多种骨折畸形复位的矫形模拟实验,实验结果表明:依据本文提出的矫形算法、生成的优化矫形处方,开发的Ortho-SUV骨外固定支架系统矫形效果良好,完全达到了矫形复位的要求,目前已准备在临床上应用。本文的研究成果为后续Ortho-SUV骨外固定支架在临床治疗上奠定了基础,同时对其他类型骨外固定支架的研究也具有重要的参考价值。