神经外科脑立体定向手术导航系统近年来发展迅速,是生物医学工程中的研究热点之一。脑立体定向手术导航系统主要包括三个模块:术前规划,注册导航和手术治疗。其中,注册导航部分决定着手术定位的准确度,是手术成功的关键,也是本文研究的重点。本文工作是国家863项目“功能近红外光谱(Near Infrared Spectroscopy,NIRS)立体定向实时手术导航与治疗系统开发”的重要研究内容之一,对手术导航系统中的重点技术展开研究。主要开展的工作有:1、基于电磁定位系统进行空间定位研究,参照术前影像获得手术标记点实时手术空间位置;2、研究一种新的插值算法对医学影像数据预处理,并实现三维可视化,获得手术标记点计算机空间坐标;3、在手术注册过程,提出了根据单位四元数和矩阵论理论求解从实时手术空间到计算机空间的最优转换矩阵的算法,提高了手术注册的准确性,手术导航是手术注册的逆变换,手术注册完成后,即可开展实时手术导航;4、采用NDI公司的Aurora定位仪,基于VC++开发平台利用VTK工具包开发了一套基于NIRS的影像引导脑立体定向手术导航系统软件,该软件包括数据准备,手术计划,模型纠错,手术注册和实时导航等功能。本文的主要创新点:1、提出了一种基于小波分形自适应配比插值的医学影像插值新方法,其结果更符合医学影像三维可视化以及手术导航的要求。2、提出了手术路径前视距离算法。3、提出了根据单位四元数和矩阵论理论求解从实时手术空间到计算机空间的最优转换矩阵的算法。