股骨骨折是临床上比较常见的一种骨科疾病,随着中国老龄化进程加快,私家车增多及交通事故愈发频繁,股骨骨折发生率显著提高。传统股骨骨折整复方法包括植入钢板、石膏固定和开刀手术等,存在创口大、出血多、耗时长等弊端,并可能会引发神经血管损伤、感染、股骨头坏死等症状。针对这些问题,基于C型臂二维图像引导的骨折微创手术已在临床广泛被运用。但是由于C型臂产生的是二维透视图像,当需要准确确定骨折的位置、大小和几何形状等因素时,医生仅仅通过观察二维透视图像是很难做出准确判断。手术操作严重依赖医生的经验,手术中C型臂产生的X光射线会对人体造成辐射危害。为了解决以上问题,本文设计了基于三维图像的股骨整复导航系统,该系统基于现有的外固定器,具有术前规划和术中实时导航功能,能够实现对股骨的精确整复。术前规划集成了三维可视化、配准点集的构建、预整复、感兴趣区域提取和3D打印功能,辅助医生制定个性化手术方案。术中实时导航则集成了距离引导和图像引导功能,指导医生完成断骨复位。此外,本文提出了一种新的断骨断面点云提取算法用于断面配准。该算法包括粗分割和细分割两个模块。粗分割点云是依据各个三角面片顶点法向量与股骨中轴线的夹角的差异,滤除掉那些差异较大的点。细分割通过寻求三角面片三个点之间的连接关系并采用点云区域生长的方法来实现。该方法能够较完整提取断面点云,适用于股骨骨折断面配准。本文通过模型实验验证了系统的精度和操作时间。术前预接骨和术中整复误差均在0.75-1.66毫米之间,整体操作时间在6-8分钟,能够满足临床需要。