手术导航技术充分利用多种医学成像信息,帮助外科医生进行术前计划,保证创口最小化,同时提高手术质量,给外科手术带来极大的便利。粒子植入的手术导航系统是通过将手术导航技术应用于放射性治疗肿瘤的粒子植入外科手术。该系统可以为外科医生提供更直观的信息,医生可以在计算机屏幕根据看到病人的三维肿瘤信息,确定术前放射性粒子植入的数量和位置,从而制定放射性粒子植入的手术计划。系统可以辅助医生准确地将粒子植入肿瘤区域,并保证肿瘤区域剂量分布均匀,同时植入体内的粒子对正常组织产生的创伤最小。系统开发包括以下技术难点:病变肿瘤的分割,分割后肿瘤的三维可视化,粒子植入后等剂量曲面的绘制,对已分割的不规则多面体肿瘤的体积等。本文工作对粒子植入的手术导航系统的相关算法和系统设计进行研究,设计并实现了一个粒子植入的手术导航系统。论文研究了等剂量曲面计算和肿瘤体积计算的相关算法,以及肿瘤区域分割等其他关键技术。主要研究内容及成果包括:第一,分析系统流程,设计并实现了粒子植入的手术导航系统,并按照系统的各个功能将系统划分为病人数据模块、分割重建模块、术前计划模块、器械模块以及导航模块。第二,研究了粒子植入算法,实现了等剂量曲面的绘制。通过研究几种已有算法的实现效果,本系统采用AAPM推荐的计算方法进行等剂量曲面的计算。第三,实现了肿瘤体积的自动计算算法。该算法采用任意多面体的四面体剖分算法,从而解决了不规则多面体的体积计算。第四,介绍并实现了导航系统中的其他关键技术:图像分割,医学数据三维可视化,路径规划,手术配准,术中报警。这些技术与等计量曲面绘制,肿瘤体积计算共同形成了一个完善的系统。最后,为了验证系统的性能,描述了相关实验。通过对心脏,头部,脊椎的CT数据的测试,本系统的等剂量曲面绘制平均误差达到1.2±0.5mm,剂量率与理论的剂量率的误差在5%以内,基本满足临床需求。对分割肿瘤体积的测试,本系统的误差在10%以内,证明了该体积计算方法的有效性。