开颅手术方案的设计是一个不断优化的过程,现有的医学可视化工具既不能便捷地仿真模拟外科手术过程中可能出现的实际问题,也不能获得颅脑开窗后的仿真影像来评估手术方案对颅内组织的影响。目前手术方案的设计很大程度上还是基于医生先前经验对影像判读及想象重构,缺乏系统的、全面的指导。与此同时,大多数医学可视化工具操作复杂,处理步骤多,自动化程度低,必须由经过训练的放射科医师完成,无法很好的与外科手术医生进行交互。本论文研究的开颅手术仿真系统是对现有医学可视化工具的补充,它可以模拟开颅手术的整个过程,并提供开窗区域剥除后的大脑皮层表面场景,以及诸如开窗区域对颅内血管的影响等传统手段无法提供的信息。同时还允许外科医生反复尝试不同的手术方案,仿真手术过程中具体的问题,评估不同方案的优劣,从而帮助外科医生形成具体手术方案。本论文研究的开颅手术仿真系统基于病人术前的MR影像数据,系统自动化提取出头皮、大脑等关键组织区域,并建立多解剖结构混合绘制的手术模型。系统以外科医生能理解的方式仿真手术过程,允许外科医生在头皮上任意规划开窗区域,并生成沿头皮表面的手术刀轨迹。医生设置切割角度以及切割深度后,可以仿真切割模拟头皮颅骨剥离的过程,显示手术评估所关心的颅内血管和大脑皮层的影像。本论文研究的开颅仿真系统原型与现有的虚拟手术规划系统相比,专门针对开颅手术的特点和需求,充分利用了头皮表面的解剖结构特征,既简化了处理步骤又近似模拟了开颅手术的过程,为制定最佳手术方案提供了依据,对于医生熟练手术操作步骤、减少手术风险具有十分重要的意义。