复杂型先天性心脏病是一种常见且对幼儿健康危害最大的先天性缺陷之一。早期的矫治手术是治疗复杂先心病的唯一有效手段。即便如此,当前国内外的复杂先心病矫治术后的死亡率与致残率依然较高。其主要原因在于手术术野较小,术中难以辨识心脏内部及周围的畸形病灶。尽管目前有血管造影成像技术,但实际在术中开胸裸露出心脏后,心脏及其周围血管的解剖结构已与术前的影像有所不同,导致医生难以将术前的影像与术中实际的解剖结构对应起来。因此,当前先心病手术主要依赖主刀医生的临床经验和医学影像的指导,造成手术过程操作复杂,病灶定位精度低、手术效率差等问题。为了解决先心病畸形病灶矫治手术所遇到的问题,本文结合电磁导航与增强现实技术,设计了一套针对先心病畸形病灶的手术导航系统,辅助医生实现病灶的精准辨识与定位。基于该系统,本文分别对其工作流程中的相关技术展开了具体研究。本文的研究内容如下:(1)自主设计先心病电磁手术导航系统。本文为了实现畸形病灶定位的目标,设计并研发了一套医学图像处理、三维可视化、开胸切口规划、电磁标记点提取、手术注册、手术器械实时追踪,以及内窥镜增强现实等多功能于一体的手术导航系统。(2)基于术前图像的开胸切口规划。为了呈现更为真实的解剖结构,本文根据术前的二维影像数据完成三维可视化,并提出了一种根据病灶位置实现胸腔表皮切口规划的技术。该方法可根据当前的投影视角,提取病灶轮廓,最终自动生成开胸切口在胸腔表皮模型上,从而减少手术创伤。(3)电磁导航手术注册技术。当前主流的光学导航注册技术以反光的粘贴式标记点为主,并基于手术与图像空间的标记点实现手术注册。但胸腔因形变较大会使得标记点产生位移,不利于精准注册。本文设计了一个手术平台,可在底部镶嵌电磁传感器以及在周围固定多个标记点,从而可确定手术空间,防止因标记点位移而造成注册精度下降。(4)单目软管内窥镜的增强现实技术。由于术中心脏形变显著,单纯使用导航无法获知最新的病灶位置,所以本文采用了增强现实技术统一显示虚拟与真实的病灶结构。通过固定软管内窥镜与电磁传感器,对其完成标定,并借助传感器实现内窥镜的实时追踪。再结合手术注册结果,变换至图像空间中,最终使虚拟模型叠加至内窥镜所拍摄的真实手术场景中,达到增强现实的效果。经验证,本文提出的基于电磁导航与增强现实的先心病畸形病灶定位技术可以精准、真实地呈现出当前病灶的位置与解剖结构,从而改善传统先心病畸形病灶矫治手术中的问题,提高手术效率。