密切结合我国骨科数字化医疗行业对于骨科手术导航系统的重大需求,在天津市智能制造科技重大专项的资助下,本文以开发具有自主知识产权的人体下肢力线导航系统为目标,深入开展导航系统在术前三维力线精确定位与测量方法研究、术中快速高效配准方法研究以及手术导航系统软件开发等工作。主要的研究内容如下:(1)基于外科手术术前规划的特点,借助人体下肢解剖学与运动学知识,构建人体下肢力线系统;考虑患骨模型坐标构建的不确定性,建立患骨模型的重定义坐标系统;基于重新定义的患骨坐标系,提出下肢力线系统定位的优化算法与优化理论;基于软件开发平台,搭建导航系统术前规划模块。(2)基于术中长骨配准的特点,针对现有配准方法在实际应用中的差异与缺陷分析,提出快速高效的配准方法;针对现有方法与优化方法的差异分析,开展软件仿真与模型试验,验证方案的有效性与可行性。(3)基于矫形手术的特点,通过对手术导航系统的应用需求分析,建立手术导航系统的总体构架以及工作流;通过对导航系统中涉及的关键技术的分析与解决,搭建下肢机械轴导航系统初级版本。本文的研究成果为人体下肢力线导航系统的开发奠定坚实的理论基础,同时为推进手术导航系统在骨科矫形手术领域中的工程化应用提供技术支撑。