计算机辅助医疗外科手术近年来已进入实用，它具有准确度高、手术时间短、创伤小等特点，已经成为国际前沿研究热点之一。而在计算机辅助整形外科系统中，图像导航系统就成为联系由图像、手术方案、计算机所组成的信息世界和由医生、病人、工具所组成的物理世界的唯一接口。因此进一步研究用于计算机辅助整形外科手术的图像导航系统仍具有重要的理论意义和实际应用价值。 本课题为“国家863计划基金项目”的一部分，旨在建立能够对实时采集到的X光图像进行预处理，引导并联机器人进行断骨复位、串联机器人进行锁定髓内钉远端孔的图像导航系统。 在大量研究国内外图像导航技术的基础上，结合本系统所建实验平台的特点，构筑了由C型臂、CCD摄像头、图像采集卡和标定盒组成的图像导航硬件系统。以图像处理和分析为核心，研制成功图像导航软件系统。该导航系统可以对实时采集到的X光片进行畸变矫正、图像增强、轮廓提取等预处理，并提取复位参数，计算锁孔路径。 X光影像增强器已广泛应用于图像诊断中，但影像增强器和光学透镜的固有属性大大降低了X光图像的质量。从X光图像中进行角度、距离和面积的测量时，为了保证精度，必须对成像设备进行标定。本文在分析常用畸变矫正方法的基础上，采用了适于本系统的局部矫正结合三次样条插值的方法，满足了实验所需的精度要求。 在图像处理方面，为了改善图像的可视性，针对骨骼图像的特征采用了基于图像相似性的局部对比度增强算法，避免了过增强和欠增强。同时，提出了一种基于Canny理论的自适应边缘检测方法，找出图像中感兴趣的目标区域边缘，有效的抑制了噪声，实现了目标轮廓的准确定位。 采用了一种结合牵引整复和手法整复特点的闭合复位方法。这种方法利用病灶正、侧位图像计算出复位参数，结合医生的临床经验模拟传统中医正骨手法，实现了利用并联机器人对长骨骨折的整复。 锁定髓内钉远端孔是本系统的主要任务，本文提出了一种基于几何模型的对准方法，计算出一条能够穿过髓内钉孔的三维直线路径，实现了引导串联机器人锁定髓内钉。论文最后给出了复位和锁钉试验的误差分析，并指出了影响这两步操作的关键因素。 本文的研究工作为今后计算机辅助整形外科系统中图像导航系统的研究提供了可以借鉴的理论和实践经验，尤其在将机器人应用到整形外科手术方面具有重要意义。