手术导航系统是由医学图像处理、定位技术、计算机图形学和手术等学科相结合而产生的一个新的研究领域。手术导航的一项关键技术是空间配准技术，它寻求病人空间和三维图像空间坐标系之间的一种空间变换，从而使二者统一到一个坐标系下。本文首先对手术导航系统做了简要介绍。通过对手术导航系统的原理、空间配准的流程以及手术导航系统的研究概况等方面的介绍和分析，归纳出了手术导航系统对空间配准技术的基本要求及现阶段空间配准技术的一些缺陷，从而引出了本文研究的需求和目标：针对非配对点集找到一种合适的空间配准算法。随后，本文分别阐述了基于成对基准点和非成对点集的空间配准方法。基于成对基准点的配准是根据得到的多个对应点坐标，通过三点法、四元数和SVD矩阵分解法来计算它们之间的最佳变换关系；对于非成对点集的空间配准方法，介绍了基于PCA的主方向法和最近点迭代算法。通过对点集空间配准的各种不同算法的有效性、稳定性和计算复杂度等因素进行分析后，本文提出了基于改进的ICP配准算法来对非成对点集进行空间配准，首先通过改进的基于PCA的主方向贴合配准法实现预配准，再通过基于Delaunay剖分的ICP配准算法实现二次精确配准。该算法实现了两个空间的基于非成对的点集的空间配准。最后为了验证作者提出的基于改进的ICP配准算法的适应性、实时性、精确性等，本文设计了一系列仿真实验对其进行分析，系列实验结果说明了作者提出的改进的最近点迭代配准算法即使在有模拟实际环境的误差干扰时，也可以达到较高的精度。作者还设计了一系列实验对传统的ICP配准算法和基于delaunay剖分的ICP配准算法的效率进行了分析，试验结果说明，基于Delaunay剖分的ICP算法的时间效率更好,最后,利用实际扫描数据对该算法进行了验证,也取得了好的配准结果。通过上述仿真实验及真实数据的配准证明了本文提出的改进的基于ICP的配准算法能对两个空间的基于非成对的点集进行精确配准。