侧脑室穿刺引流(External Ventricular Drain,EVD)又称脑室造口术或室外引流,是神经外科临床中常用的手术方法之一,也是医生必须熟练掌握的基本技能,可用于治疗多种颅内疾病。成功实施穿刺的关键在于在正确位置准确地一次性置管,而反复多次的置管势必增加患者颅内出血、感染以及神经损伤等并发症发生的几率,对脑组织造成长期或永久性的伤害,严重者甚至危及患者生命。因此,对于神经外科医生,特别是年轻医生,尽快熟练掌握穿刺技巧显得尤为重要。目前进行侧脑室穿刺训练的途径主要采用尸体训练、虚拟现实模拟系统或实际手术中的口授与操作示范。但是,尸体保存技术改变了脑组织的触觉特性,脑室系统容易扭曲、坍塌,与患者真实颅内情况存在差别。在计算机虚拟现实系统下进行的手术训练,其真实感不足,无法模拟颅内压力环境,模拟过程与临床操作过程存在较大区别,训练效果非常有限。而由上级医生进行口授与操作示范,年轻医生在实际手术中经验积累较慢,这必然会增加病人的手术风险。因此,为了有效提升手术医师的侧脑室穿刺技能,研发了虚实结合的神经外科侧脑室穿刺手术模拟系统,主要研究内容如下:首先,针对医学中单一模态数据信息不完整的问题,提出了一种基于人体脑部CT图像与MRI图像融合的颅脑三维模型重建方法,有效结合两种模态数据的各自优势,建立了融合多信息的颅脑三维模型。其次,基于已重构的颅脑三维模型进行模块化设计,通过3D打印方法并结合快速模具制造技术,利用水凝胶浇注成型制作脑组织模型,最后完成了多色彩、多材质、近乎真实的颅脑实物模型制作,克服了目前大多数模型材料单一、真实感不足的问题。另外,从硬件、软件设计两方面出发,硬件设计主要包括各个元器件选型和相应的电路设计,软件设计包括以单片机为核心的下位机软件和基于LabVIEW的上位机软件设计,最终搭建了颅内压监测与自动控制系统,实现对颅内压的实时监测、数据记录以及不同颅内压力环境的模拟。最后,基于Unity 3D和Vuforia SDK设计开发了移动式增强现实手术定位辅助系统,利用移动终端将虚拟信息覆盖到真实场景中,实现了颅脑虚拟组织结构模型与实物模型相互叠加的虚实结合视觉效果,从而完成了整套神经外科侧脑室穿刺手术模拟系统的研究与开发。