计算机技术在近几十年中得到了快速发展,在医学领域中引入计算机技术帮助治疗成为了一个新的研究课题。现如今,计算机辅助骨科技术实现了骨骼图像从二维到三维的跨越,医生可以通过电脑中的三维骨骼模型直观的获取患者的骨骼信息,从而为手术做出充分的术前准备。目前,医疗应用领域中的计算机辅助骨科技术仍有许多需要解决的问题,例如针对医学中的骨折问题,三维断骨模型只能提供现有的伤病信息,无法为医生提供制作医疗导板的完整骨骼信息;在骨骼修复方面,如何快速设计出合理的仿生骨内部结构以及加快内部结构生成速度是一直在研究的问题。本文对计算机辅助骨科技术的研究成果做了深入了解,针对在骨折领域和骨骼修复领域现存在的问题,提出了自己的研究方案。本文的主要研究工作内容如下所示:(1)本文设计了一套针对三维断骨模型配准问题的配准方案。本文引入样本骨模型,通过样本骨模型为断骨模型提供初始配准需要的几何信息完成初始配准。在精确配准中,通过使用ICP算法对断骨模型的断截面进行拼接,从而完成整个配准流程。(2)本文针对断骨模型配准方案中不同尺寸模型配准的问题重新设计了一个三维特征描述子和几何一致性匹配策略。因为两个模型之间具有形状相似,尺寸不一的特点。针对此特点,本文设计了对尺度敏感的多尺度弹性SHOT特征描述子,以此提高匹配的准确度。同时,为了进一步提升正确匹配的数量,减少配准过程中旋转位移矩阵的计算误差,本文设计了一个基于几何一致性的匹配优化策略。最终实验结果表明,该方案能满足断骨模型的配准要求。(3)针对骨骼修复问题中多孔结构设计问题,本文基于TPMS(三周期极小曲面)结构,设计了一种在骨骼模型内部生成多孔结构的方案。通过提取骨骼模型的表面数据对TPMS结构体进行形状约束,使其实现与骨骼模型的拼接,完成骨骼模型的内部结构优化。实验结果表明,我们的方法实现了骨骼模型的多孔结构设计。通过以上的工作内容,我们完成了三维骨骼模型的配准和修复。最终的实验结果表明,我们的工作具有一定的实践意义。