足踝部畸形不仅严重破坏了足的正常功能,影响患者的日常生活,同时也给患者带来了巨大的精神创伤。医学研究中,足外科属于新兴的外科分支,并且目前足踝外科在许多方面还有待发展。自从90年代引入Ilizarov矫形技术,足踝部畸形的矫正有了跨越性的发展。然而,目前国内应用Ilizarov技术进行足踝部畸形的矫正还停留在90年代的技术水平上,并未对其进行发展与创新。本文针对人体足踝部的解剖学生理特点,以CT断层图片为数据来源,获得了足踝部位的骨骼三维模型。并且,研究了截骨术后骨骼在应力刺激下的重建规律和生物力学特征。针对足踝部矢状面畸形,将并联机构应用于骨外固定器的设计中,实现足踝部骨科正畸。根据临床应用Ilizarov骨外固定器的反馈,本文对所设计的骨外固定器进行了运动学以及奇异性研究。并且,本文深入研究了矫形外科截骨术原则,给出矫正足踝部矢状面成角畸形以及移位畸形的奇异规避策略,为临床使用所设计的骨外固定器提供理论指导。最后,利用ADAMS仿真,验证了所设计的并联机构骨外固定器的运动特性。本课题研究对于足踝部骨科正畸主要有两个突出贡献。首先,在研究过程中创新性地将Wolff定律与Ilizarov技术进行结合,提出了截骨术后在骨外固定器过程中,骨骼重建的算法。该算法不仅考虑了骨骼材料特点,骨骼生物力学特点和骨外固定器的结构特点,而且考虑了骨骼在重建过程中的“死区”对骨骼重建的影响。另外,本文应用旋量理论进行骨外固定器的设计,将矫形外科原则与机械工程进行结合,提出了使用外固定器进行足踝部畸形矫正过程的奇异规避算法,得到了最佳无奇异使用工作空间。