骨折是一种在临床上比较常见的疾病,由于外伤或其它原因造成骨质的断裂,严重的影响着人们的健康和生活。随着户外运动种类增加,运动型的创伤越来越多,同时交通事故发生率的升高也使骨折患者逐渐增多。越来越多的人使用髓内针内固定的方法来进行骨折治疗,传统髓内针整复手术方法是在X光片的指导下将髓内针插入患者断骨中,在髓内针的外端增加导杆、瞄准器等固定器械,再使用骨钻将钢钉从安装好的瞄准钻套中打入髓内针的针孔中去。医生和患者会受到X射线的辐射,导杆、瞄准器等固定器械在连接时有可能会发生形变,会导致位置无法瞄准,在手术过程中也无法观察到手术器械进入到断骨中的位置,无法合理的引导手术。针对传统髓内针整复方法的弊端,本文设计了基于三维图像的髓内针整复导航系统。在基于三维图像的髓内针整复导航系统中,图像空间与患者空间的配准是手术导航的基础。本文在建立图像与患者之间的配准时,不直接使用经典的ICP(Iterative Closest Point)算法,因为ICP算法在点集配准时,容易陷入局部最优解,故将粗配准算法和精配准算法相结合,粗配准算法采用的是主成分分析法,精配准算法采用的是基于ICP算法改进的算法。粗配准与精配准相结合不仅提高了配准的精度,还解决了容易陷入局部最优解的问题。该系统使用空间三维定位设备,定位设备可以追踪到固定在手术器械上的定位小球的位置信息,并实时的传送到图像工作站中。通过器械注册操作实现实际空间中的髓内针与图像工作站中的髓内针的联动,即实际空间中髓内针发生位置变化,那么在图像工作站中的髓内针图像也发生相应的位置变化。医生可以通过观察图像工作站中髓内针的位置,找到髓内针针孔的位置,将钢钉打入髓内针针孔中。在实验中使用探针来模拟骨钻,本系统采用的是判断距离和角度的方法来准确的找到髓内针针孔的位置,距离的判断是指探针针尖与髓内针针孔中轴线之间的距离小于一定的阈值,角度的判断是指探针所在直线与髓内针针孔中轴线之间的角度小于一定的阈值,只有当距离和角度全部满足条件时,才能准确的找到髓内针针孔的位置,置入钢钉。本文通过多次的模拟实验对系统进行了验证,验证其是否符合临床上对髓内针整复的要求。验证结果说明本系统能够达到基本的髓内针整复手术的要求。