经皮穿刺介入是临床治疗肝癌的一种常规手段,确保穿刺针精确插入体内肿瘤所在区域是该类治疗成功实施的关键。手术导航将术中手术器械投影到术前病人CT(computed tomography)图像空间中引导医生进行手术操作可提高介入治疗效果。腹部穿刺介入导航经过近十年的研究已逐渐发展成熟,但仍存在一些关键问题,如术中物理-图像空间配准(注册)、软组织呼吸运动补偿等并未得到彻底解决,使其仍然难以应用于临床治疗。术中实时表面成像技术的出现为研究腹部软组织手术导航提供了新思路,鉴于此,本文将Kinect深度相机集成到腹部穿刺导航系统中以探索解决上述问题的新方法,其主要研究内容和成果如下:(1)基于Kinect相机获取的腹部表面研发了一种无标记点注册的腹部穿刺介入导航系统。本文成功将Kinect相机集成到腹部穿刺介入导航系统中,提出了一种基于二维全局形状投影的腹部表面自动匹配算法,从而实现了基于腹部表面匹配的无标记点实时术中注册。同时,本文还提出了一种自动标记点注册算法用以实现注册方法的对比验证。此外,本文将第一、二代Kinect相机集成到研发的穿刺导航系统中以比较两代Kinect相机应用于穿刺导航的精度。体模及动物实验结果表明导航系统精度能够满足一般临床应用要求且相对近似研究报告的导航精度明显提升,基于无标记点注册方法优于自动标记点注册,第二代Kinect相机应用于穿刺导航的精度高于第一代Kinect相机。(2)基于活体动物实验的不同穿刺导航方法的对比研究。为进一步验证导航系统的临床应用可行性,本文使用5只比格犬做腹部穿刺导航实验,研究导航系统与传统CT图像引导穿刺及一款商业导航系统关于导航精度和导航耗时的差异。实验结果显示本文系统导航精度明显高于传统方法,且与商业导航系统相当,同时系统引导穿刺耗时相比传统方法及商业导航系统也无显著差异。(3)提出了一种术前统计运动模型结合腹部表面匹配的呼吸运动模型构建框架。为实现腹部软组织呼吸运动补偿,本文首先构建了术前PCA(Principal Component Analysis)统计运动模型结合腹部表面相似度最大化的呼吸运动模型,然后分别利用贝叶斯概率理论构造新的优化测度及Kernel PCA技术构造术前呼吸运动统计模型以提高模型运动估计精度。初步实验验证结果表明提出的三种呼吸运动模型的运动估计精度与相关研究报道的模型精度相似,且本文运动模型构建框架对提升模型适应离异数据的能力有较大潜力。