密切结合骨折复位精准微创治疗对并联外固定器械计算机辅助技术的迫切需求,本文以一种并联外固定器械为对象,系统开展计算机辅助软件设计,支架重建模型参数提取,交互式复位轨迹规划等研究工作,全文主要成果如下:1.基于WebGL技术的计算机辅助软件设计。分析骨折复位手术过程与现有并联外固定器械诊疗系统,提炼软件需求,划分软件功能模块,提出由CT影像重建三维模型实现交互式复位轨迹规划的软件开发目标。确定软件架构与设计模式,考虑远程诊疗的潜在需求,采用B/S架构和MVC设计模式。对比分析Web3D技术,确定基于WebGL的Three.js作为3D环境的软件开发框架。结合软件架构、设计模式及三维交互场景,构建并联外固定器械的数字化计算机辅助软件,为支架安装参数提取、交互式复位轨迹规划奠定基础。2.基于标记物的并联外固定器械安装参数提取。根据CT影像三维重建效果选择标记物材料,设计标记物结构与布局方式。提出软件环境下提取标记物位置信息的方法。以STL文件存储CT断层扫描影像,借助区域生长算法分割标记物STL文件,提取单个标记物的点云数据,采用最小二乘法拟合标记物球面,确定标记物球心坐标。结合标记物与并联外固定器械的几何关系,求解支架参考环与移动环的中心位置坐标和姿态转换矩阵,获得支架安装参数。阐述交互软件提取支架安装参数的坐标系转换与射线拾取方法,开展本方法与X光片划线测量获取支架安装参数方法的对比实验,结果表明基于标记物提取并联外固定器械安装参数的方法具有较好的精度,解决了交互式骨折复位轨迹规划的基础难题。3.基于健-患侧对照的交互式骨折复位轨迹规划。从正常人体下肢对称关系入手,提出由三维重建模型进行健-患侧对照复位的方法,形成包含起始点、关键过程点及终点的复位轨迹。设计人机交互界面,实现三维重建模型交互操作,控制三维重建模型位姿。进行并联外固定器械的逆解分析,可获取轨迹点位置的支链长度,采用球面线性插值生成起始点、关键过程点及终点间的轨迹,解决支架姿态向量角速度变化不均匀的问题,研究复位轨迹电子处方生成方法。进行交互式复位轨迹规划的实验验证,表明复位效果良好。本文基于3D交互设计计算机辅助软件,实现并联外固定支架位姿识别、复位轨迹规划与电子处方生成等骨折复位治疗过程的可视化及数字化,可减轻医师学习与使用负担,为开发精准高效骨外固定机器人系统提供理论依据与技术支持。