对于人工全髋关节置换术,髋关节假体设计是手术规划的主要内容,而手术导航能够保障术前规划的假体在术中准确、快速地植入或安装。骨盆、髋臼、股骨的解剖形态是髋关节假体优选的关键因素,对于人工全髋关节置换术的个体化规划至关重要。基于开源软件工具包,本文提出了骨盆、髋臼、股骨形态学的三维自动测量算法。骨盆测量算法可以自动求解骨盆前平面、中矢面等重要参考特征,建立标准化的骨盆坐标系;髋臼测量算法可以提取髋臼边缘特征用于拟合髋臼圆,并在骨盆坐标系下自动求解旋转中心、前倾角、外展角等关键解剖参数;股骨测量算法可以实现股骨髓腔自动建模,并自动计算近端髓腔轴线、峡部、前倾角、颈干角等关键解剖参数。临床实验与评估表明,三项计算机辅助方法不仅解决了棘手的实际问题,而且达到了远高于临床需求的准确性和快速响应能力。此外,算法的组内相关性系数高于0.955,在可靠性方面最为突出。基于自动测量算法,本文开发了髋臼杯假体规划软件“CupGuider”,并提出了髋臼杯覆盖率求解算法和个性化术中定向导板建模算法。相比手术导板,手术导航具有更复杂的架构和更广泛的应用。本文构建了全新的图像引导手术导航系统“IGSurgery”,提出了基于场景图的坐标系计算框架,扩展了手术工具的标定方法和患者的配准方法。模型实验和初步临床试用表明,手术导航系统的功能性、准确性和实时性能够胜任复杂的手术任务。