随着社会经济和科学技术的发展,人们对于生活质量的要求也相应提高,特别是在跟自身息息相关的食品、健康、医疗等方面的要求也越来越高。在医疗方面,原有的传统解剖手术即使能治愈病人,也会给病人带来较多并发症以及较大的创伤性,且非常不利于病人的术后恢复。如今人们对于手术的要求也越来越高,不仅要能很好的切除病灶,达到治愈病情的效果,而且也要尽量减少手术对人体带来的伤害,使得病人能在术后能较快的恢复,减少相应的并发症。在这样的社会环境和市场需求下,手术导航系统应运而生。本文在总结了手术导航系统研究现状和参考了多种不同类型的手术导航系统的基础上,对手术导航系统中的三个关键技术展开了研究:1.在坐标配准方面,本文使用基于特征点集的配准算法。在用以坐标配准的特征点选取方法上,提出了一种脱离病人身体特征的基于外部工具的特征点采集方法,在特征点采集过程中,完全摆脱人机交互的依赖性,使用图像分割技术自动识别感应球的圆心,降低了人为取点集对配准结果的精确性影响。2.在坐标变换方面,本文在传统坐标变换的基础上引入了基于四元数的方向变换的概念,针对磁共振物理坐标空间和虚拟影像显示空间存在度量尺度差异的情况,给出了坐标尺度换算的方法来解决这个问题。3.在系统矫正方面,针对低场强磁共振环境下图像均匀性和信噪比受外部环境的影响较大的问题,本文给出了一套系统矫正和配准的流程方案,使用自制的系统矫正工具,通过软件的流程控制来快速矫正系统中几个坐标系之间的配准关系,并提出一种动态矫正磁场中心平衡技术来确保系统的导航精度不受外界环境的影响。本文提出的三个关键技术上的解决方案,已成功运用于鑫高益公司的微创手术导航系统中。较之其他磁共振下的手术导航系统,不仅保证了系统的导航精度,使其能准确显示病灶和手术器械的信息,同时也降低了手术成本,解决了患者治病难的问题。