随着前列腺肿瘤的发病率逐年提升,发病群体趋于年轻化,对前列腺的精确治疗逐渐受到人们的关注。在微创手术机器人辅助前列腺根切术中,医生通过观看病灶部位的图像来开展相应的手术操作。由于前列腺周围组织内部的血管神经束(Neurovascular Bundle,NVB)不能在内窥镜图像中呈现,在切割过程中容易对NVB造成损伤,影响术后患者排尿及性功能。因此,本文通过微器械与组织接触变形,进行超声探头操作机构与手术机器人的配准,实现对微器械的实时跟踪,获取器械操作部位组织的超声图像,根据超声图像提供的信息减少对NVB的损伤。本文根据前列腺微创手术过程中的患者体位、直肠超声探头的尺寸及成像要求,对直肠超声探头操作机构进行结构和控制单元的设计。将超声探头操作机构、超声设备与主控台集成,构建术中超声图像辅助系统,制定了超声图像辅助系统在前列腺根切手术中的操作流程。由于人工提取微器械特征点的过程受医生主观经验影响,提取精度随机性较大,本文采用自动提取方法来获取超声图像中微器械的特征点。在该方法中,利用HAMMER算法进行有器械和无器械图像的弹性配准,对配准后的图像进行减影,获得器械的大致轮廓和位置。提出基于J散度的各向异性扩散去噪算法,对超声图像进行去噪处理。结合微器械末端先验轮廓知识,提出基于先验知识的参数活动轮廓算法,以减影后的轮廓为初始轮廓,对微器械轮廓进行分割。通过计算分割后的微器械轮廓内部区域像素坐标均值,提取出微器械特征点。本文采用经典的N型模板标定结构,完成对超声探头的内外参标定。利用标定得到的超声图像与超声探头操作机构末端坐标系的位姿转换矩阵,多次获得微器械末端特征点在超声探头操作机构与微创手术机器人基坐标系下的坐标,采用Levenberg-Marquardt算法完成超声探头操作机构与微创手术机器人的配准。在获得探头内外参标定矩阵和配准结果的基础上,结合微创手术机器人与超声探头操作机构运动学,实现超声图像对微器械的跟踪。为了验证超声图像辅助手术器械跟踪技术的可行性,对术中超声图像辅助系统及其关键技术开展实验研究。结合实验室现有的微创手术机器人,搭建超声图辅助手术器械跟踪实验平台。开展超声图像中微器械特征点提取实验,验证超声图像中微器械特征点自动提取方法的精确性和稳定性。开展超声探头内外参数的标定以及手术机器人与探头操作机构的配准实验,得到标定矩阵和配准结果。开展超声图像对微器械的跟踪实验,验证超声图像辅助手术器械跟踪技术的有效性。