基于力反馈与视频穿透式增强现实环境下骨科手术规划与导航技术的研究

针对传统骨科手术导航系统存在的诸多问题，本项目以数字化骨科手术为研究对象，通过工程与医学紧密结合的跨领域跨学科交叉研究，围绕术前规划、模拟仿真、术中导航、虚拟培训这四个方面，提出相关的基础理论与创新的关键算法，在此基础上，开发完成"基于多模图像融合的骨科手术规划系统"、"基于力反馈的骨科手术虚拟仿真系统"、"基于视频穿透式增强现实的骨科手术导航系统"及"虚拟骨科手术培训系统"，并将其无缝集成，通过模型实验与临床实验研究，验证其精确性、有效性与可靠性，最终建立完整的计算机辅助骨科手术方法体系，为系统的大规模临床普及应用奠定基础。通过本项目的研究，将为我国数字化骨科领域提供亟需的核心算法与技术，形成具有自主知识产权的突破性研究成果，从而最终为我国个性化、数字化、精确化与微创化的骨科手术提供新技术方法，极大地提高广大患者的生存质量，并将引领国际数字化骨科手术领域研究的方向。

针对传统骨科手术导航系统存在的诸多问题，本项目以数字化骨科手术为研究对象，通过工程与医学紧密结合的跨领域跨学科交叉研究，围绕术前规划、模拟仿真、术中导航、虚拟培训这四个方面，提出了相关的基础理论与创新的关键算法。在此基础上，开发完成了“基于多模图像融合的骨科手术规划系统”、“基于力反馈的骨科手术虚拟仿真系统”、“基于增强现实的骨科手术导航系统”，并将其无缝集成。通过模型实验与尸体实验研究，验证了系统的距离误差为：0.809 ± 0.05 mm，角度误差为：1.038 ± 0.05 degree，可满足临床的要求，从而为系统的大规模临床普及应用奠定基础。.基于上述研究成果，项目负责人主编了英文专著一部“Computer-Assisted Surgery: New Developments, Applications and Potential Hazards”(ISBN: 978-1-63463-811-1、Nova Science 出版社、2015年出版)，受邀参与撰写英文专著2部。在Scientific Reports(IF=5.578)、Medical Physics(IF=3.012)、JBI(IF=2.482)等本领域著名期刊发表论文30篇，其中第一作者/通讯作者SCI论文10篇（5篇位于JCR一区、4篇位于JCR二区），授权发明专利1项，参加本领域重要国际学术会议并作大会报告10次（特邀报告并担任分会主席1次）。获法国科研创新人才计划（全国共7名,2011）、上海市浦江人才计划(2013)、上海市科协飞翔计划(2014)，当选计算机辅助手术领域国际权威SCI期刊International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery (IF=1.707, Springer出版社)编委、国际期刊Edorium Journal of Biomedical Science主编及其它12种国际期刊编委。.通过本项目的研究，为我国数字化骨科领域提供了亟需的核心算法与技术，形成了具有自主知识产权的突破性研究成果，从而最终为我国个性化、数字化、精确化与微创化的骨科手术提供新技术方法，极大地提高广大患者的生存质量，并将引领国际数字化骨科手术领域研究的方向。