由于脊柱椎弓根的解剖结构的复杂性和变化性,利用常规方法进行椎弓根手术时,螺钉植入的偏移率极高。本文利用术中结构光扫描图像与术前CT图像进行配准,从而实现了计算机导引椎弓根钉植入。首先在手术前对病灶点进行CT扫描,本文利用等值面法提取脊椎骨骼表面的点云数据,手术中暴露出脊椎骨后,对其进行结构光扫描,并利用Mimics和CATIA软件对扫描数据与CT图像分别进行处理。为了实现CT图像与结构光图像的配准,本文提出了预配准与多区域ICP算法相结合的方法。首先根据骨骼表面的曲率与法矢等几何特征得到两组图像的初始坐标转换关系,然后利用多区域ICP算法进行精配准。本文首先在脊柱模型骨上进行仿真实验,以观察该算法的精度与可靠性。实验表明,该算法的配准精度可以达到0.5mm,并且即使在施加干扰的情况下,配准误差仍小于1mm。实验中发现,仅利用脊椎骨部分区域,如棘突区域的顶端与侧面,就可以满足配准精度要求,由于该区域在手术中易于提取,增强了本配准算法的可行性。然后,本文对CT图像灰度阈值进行优化,进一步提高了配准精度。接下来在牛脊椎骨上进行的动物实验,实现了约0.5mm的配准精度,本文还优化出灰度阈值范围,可供手术参考。最后,利用Visual C++的MFC类库与OpenGL函数进行界面编程,实现了点云配准、点云模型的交互操作与配准效果显示等功能。在手术中,该功能给医生提供了一个可视化的界面,便于医生操作与诊断。