相比于传统的开放式膝关节手术,膝关节镜手术具有创伤小、术后恢复快的优点,深受医生和患者的青睐。但是膝关节镜手术因为其创口小等特点,膝关节镜视野范围小,仅通过膝关节镜的成像,医生难以看清膝关节腔的全局,膝关节腔空间狭小、形状复杂导致该手术难度高。得益于医学成像技术和设备的发展,个性化患者数据的采集比以往更容易,数据的精确度更高。如何利用这些数据应用于定量化的术前规划和术中导航,是一个值得关注的课题。因此,为进一步量化分析膝关节腔环境,本文提出一种膝关节腔体模型的自动提取算法,论文主要从以下几个方面进行分析和研究。(1)静态膝关节腔体边界面的提取。针对患者医学影像数据三维重建得到的模型,计算三角面片法线与相邻组织结构的相交情况,选取种子面片,采用区域生长法提取膝关节腔体的边界面,检测边界面上的孔洞并进行修补,并对曲面边缘作光顺处理。(2)静态膝关节腔体的三维重建。将提取到的股骨下端面和胫骨上端面缝合成一个封闭的曲面,对比Loop细分和碟形细分的曲面细分效果,采取Loop细分模式对腔体表面进行光顺处理。然后使用三维布尔运算,将腔体进一步减去半月板、软骨和交叉韧带所占的空间。(3)膝关节运动和软组织形变建模。通过分析膝关节的运动特征,针对腔体空间的影响因素,分别建立计算模型：拟合股骨和胫骨轮廓线的多项式曲线,求得其曲线方程,通过曲线方程推导出胫骨位姿随膝关节屈曲角度变化的计算模型；分析膝关节运动过程中交叉韧带的形变情况,建立交叉韧带形变的动力学模型。(4)动态膝关节腔体的自动提取算法与实现。根据膝关节运动和软组织形变模型,提出动态膝关节腔体的自动提取算法,并构建实验环境,实现膝关节腔体的动态提取。本文创新点在于针对开放式的膝关节腔(膝关节腔侧面开放),提出了一种可以提取动态膝关节腔体模型的算法。提取动态膝关节腔体时,综合考虑胫骨位姿的调整和交叉韧带的形变对膝关节腔体空间的影响。针对膝关节镜手术中膝关节运动特征,定量分析膝关节不同屈伸角度下胫骨位姿和交叉韧带形变,进而计算膝关节腔体空间,实现动态膝关节腔的提取,为膝关节腔体的量化分析提供了数据来源。