基于数字图像处理技术的三维数字化种植定位导板的算法研究与实现,是计算机辅助手术规划与手术导航的重要内容,是“数字医学“领域中具有挑战性的热点。“数字医学”作为现代信息技术与医学科技的多学科交叉的新领域,其理论研究、技术发展、应用实践已经形成一门充满活力,朝气蓬勃的新学科。随着数字图像处理技术、三维可视化技术、人工智能算法、高分辨螺旋CT扫描技术、计算机软件开发平台的日益成熟,以及口腔种植的临床实践与实验研究的深入,针对口腔种植区的切割显示与分析、术前种植手术的模拟预测与导航,三维数字化种植定位导板的制作,已成为国际间研究的新热点,并且是国内庞大的口腔种植市场的急迫需求。口腔外科种植成功的关键因素不仅要求术前为患者作出科学、合理、安全的治疗规划,还要为该方案的可靠实施提供更为可靠的导航。而种植外科定位导板具有良好的手术导航效果,已在临床上得到普遍的应用,其更能保证手术的安全性、可靠性,降低手术操作的复杂性,从而有效提高了种植手术的成功率。本文的目标是研究口腔种植导板生成过程中所采用的关键算法,研发一套适合中国国情的,为广大牙种植患者的经济能力所接受的,主要应用于口腔外科种植的,具有自主知识产权的种植手术导航系统。其不仅对三维模型内部的种植区域的进行虚拟切割,测量与分析关键参数,而且能够在三维空间中智能定位种植体,生成导航种植手术的定位导板,最终导出虚拟导板的体数据以制作真实导板,实现计算机辅助手术规划与导航的效果。而该系统核心的设计内容包括基于样条曲线的虚拟切割算法,空间虚拟种植体的智能定位算法,虚拟导板自动生成算法上研究与实现。本文主要研究该系统核心模块的算法设计,包括算法分析建模与实现,并且在其中提出一系列有效的新颖的解决方案。其中,论文的主要研究工作和创新之处包括：第一,研究三维体模型内基于Kochanek-B artel s样条曲线的虚拟切割算法。为了对三维体绘制模型的内部环境进行更加准确的,有效的,灵活的,易于控制的切割观察与显示,提出了基于拟合样条曲线上的定点切割算法。其通过手工设定系列控制点,再使用控制点生成自然光滑的样条曲线,于是构造手术所需的切割路线,实现了在虚拟空间中精确简便地提取某特定区域的切片信息的功能。其切割路线不但可应用于二维平面上,也可推广到曲面上,应用扩展性强。第二,研究在三维体绘制模型内部的虚拟种植体智能定位算法。其智能性体现在使用人工智能算法搜索全局最优解来定位与设计空间虚拟种植体,其区别于国内外的产品当前所采用的人机交互定位方法。本算法建立在对颅颌面的序列CT影像进行三维体绘制的基础上,以改进的遗传算法为核心,提取其体数据场中的种植区域信息作为参数空间,把虚拟种植体的端点坐标值、长度、直径、美观吻合度等参数进行编码,构造符合种植标准与种植要求的目标函数与适应度函数,最终求解虚拟种植体的全局最优解,获取所定位的种植体的端点坐标值、长度、直径大小等参数。算法综合考虑多样种植要求、种植条件、种植标准、临床经验等信息,保证种植体的空间定位与形状设计是科学有效的,简易操作的,智能化的。第三,研究虚拟环境中定位导板的自动生成算法。种植体导板的外形设计蕴含了种植体的植入点坐标位置、深度、直径、角度,以及种植数量等重要的信息。导向模板作为术前规划的最终信息载体,其种植手术的设计思想是通过手术模板的精确定位和导航来实现。本研究首先使用智能算法准确定位体绘制模型中的虚拟种植体,然后利用种植区的各种环境信息参数自动地生成虚拟导向模板。在复杂的颅骨模型内部环境,逐层地勾画并分割提取出受具体环境条件与种植标准约束的不规则的目标区域,并对勾画的序列目标区域进行三维重建,再利用布尔运算等空间分离手段制作导向孔,最终提取虚拟导向模板的数据信息。