本文,对膝关节手术导航中的关键技术进行了深入地研究并进行了大量的实验,研究内容可归纳为以下几个方面:1.完成了CT图像几何建模前的CT数据处理工作;对于CT数据的预处理方法,采用中值滤波线性组合进行去噪处理;对于CT图像编码,采用适合于医学图像内存压缩的基于行操作的分块游程编码技术;在图像分割上,根据CT图像的特点,运用阈值法和种子区域法相结合的分割方法进行人体骨组织的分割.2.在数据建模与显示方面,采用数据场可视化技术-基于Marching Cube的等值面提取算法,针对标准MC算法中的存在的计算冗余和"鳞状效应"问题,通过建立构型模式相邻立方体查找表的方法来减少算法运行时间;同时进行了矢量平滑处理来加强显示的清晰度;MC算法构建的几何模型包含的三角面片数量通常比较巨大,不利于后续对模型的继续操作,因此在MC算法提取的三角网格模型简化问题上,对于流形网格,采用改进的QEM网格简化算法,加强了对特征边和轮廓边的保护.对于提取的非流形三角面网格,采用基于顶点聚类与二次误差度量的网格简化算法.为说明问题,使用光学定位仪、激光扫描仪以及CT机采集的原始数据对上述算法进行了实例验证.3.对于全膝置换手术导航中如何获得更精确的力线位置的问题上,创新性地运用股骨表面重建模型来确定获得精确股骨运动范围.根据人体的运动学特点,选择股骨5组运动范围进行光学定位仪追踪,为了确定合适的运动范围,对尸体股骨CT断层图像数据进行三维重建,然后在UG中测量重建的股骨模型,将测得的力线位置作为精确力线位置的衡量标准,从而最终得出了在当股骨处于屈曲60°,外展(内收)30°时,所确定力线位置最为精确的结论,实验同时得出了与精确的股骨头中心位置相比,追踪确定的股骨头中心偏向于人体的中侧、远端及后端的重要结论.4.对ACL手术导航中光学定位仪采集的散乱数据,应用改进的基于微切平面逼近的曲面网格重建方法对植入体的股骨附着面、胫骨附着面、髁间窝顶部碰撞面进行实时重建,实现了随着采集点数的增加,网格曲面不断更新,逐渐增大实时可视化过程.而且,经过多次的重建实验,首次给出了针对光学定位仪采集的散乱数据集样本密度和邻域值 的确定方法.