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脊柱微创外科手术是治疗脊柱疾患的重要手段，但是高精度的手术定位技术始终是限制脊柱微创外科手术推广的瓶颈。机器人技术越来越多的应用到外科手术中，尤其是在辅助定位方面显示出巨大的优势。南开大学机器人与信息自动化研究所设计了一套基于CT导航的脊柱微创外科手术机器人辅助定位系统。在CT图像导航下，利用机器人定位精确、抓持稳固的特点为医生搭建一个辅助手术操作平台，医生可以在这个平台的帮助下，对脊柱进行穿刺等手术。
本文基于脊柱微创外科手术机器人辅助定位系统平台，对脊柱微创手术机器人图像与可视化导航进行分析研究。首先，在分析DICOM通讯标准和CT图像文件格式的基础上，实现了CT图像的采集与解析显示。其次，进一步实现了CT图像的处理功能，包括图像滤波、图像变换和图像测量等。本论文还对CT图像的三维可视化进行了研究与分析，主要包括三维重建的体绘制和面绘制算法。结合脊柱微创外科手术的应用背景，主要对面绘制算法中的MarchingCubes和DividingCubes算法进行了分析与实现。最后一部分在深入分析DICOM3.0标准中对影像文件平面和立体坐标信息定义的基础上建立起CT图像坐标系，实现了在CT图像平面上点坐标的获取、手术路径的规划和平面手术进针过程的模拟。与此同时，在CT图像面绘制的基础上，更进一步的实现了手术进针过程的三维仿真。