计算机辅助外科手术(ComputerAssistedSurgery，CAS)是一门新兴的研究领域，是计算机科学、数学、机械学、外科、内科及生物医学工程学等多学科高技术的结晶。它旨在帮助医生合理地、定量地利用CT、核磁共振MRI等多模图像数据、立体定位系统和医用机器人，进行配准、定位，制定手术计划，实现手术模拟，进行外科手术干预。它对于选择最佳手术路径、减小手术损伤、提高肿瘤定位精度、执行复杂外科手术和提高手术成功率等具有十分重要的意义。因此，计算机辅助外科手术的研究具有重要的学术意义和应用价值。在计算机辅助外科手术系统中，立体定位装置和配准技术是整个系统的关键。 首先，本文介绍了手术导航系统的定义、组成、工作原理、临床应用、研究现状及未来发展方向等。在此基础上，着重阐述了我们自行设计和开发的手术导航模体演示系统。该系统用作演示或作为一个研究相关算法的实验平台，可实现模体的三维显示(包括模体的旋转、放大及缩小等)及手术工具的实时定位跟踪显示，其算法简单实用，基本上涵盖了手术导航系统的各种关键技术。 接着，主要讨论手术导航的一项关键技术——图像配准技术的研究。对四元数及图像配准进行概述的基础上，详细地阐述了四元数在手术导航系统配准中的应用，给出了我们采用的具体的配准算法及实验结果。 然后，主要讨论手术导航的另一项关键技术——定位问题的研究。深入地分析了视觉定位的原理；详细地阐述了红外光学三维定位系统，并给出了红外光学定位系统的工作原理和具体实现方法；介绍了定位器在我们开发的手术导航模体演示系统的具体应用情况。 最后，主要对医用机器人与计算机辅助手术(MedicalRobotics＆ComputerAssistedSurgery，MRCAS)展开了研究。进行了MRCAS系统的概述；从理论上对基于视觉定位的脑外科手术机器人系统的坐标变换问题进行了研究，完成了其各组成部分及相互间变换关系的推导和论证；给出了基于视觉伺服的脑外科手术机器人系统的整体的设计方案。基本上完成了机器人及计算机辅助外科手术系统MRCAS理论上的设计、推导及论证。