手术导航技术是利用计算机对数字医学影像的快速处理能力,通过为外科医生提供虚拟手术环境来辅助其完成手术,使外科手术朝着安全、准确、微创的方向发展。配准方法是手术导航的核心技术之一。目前临床常用的配准方法,如基于术前植入标志点的配准方法等,不适用于骨盆骨折等骨科外科手术,从而限制了导航技术在骨盆手术中的推广与应用。因此,本文针对骨盆手术导航技术中的配准问题,研究了基于超声图像的经皮无创配准方法,实现了骨盆手术导航系统的设计,具体研究内容包括以下4个方面:（1）对超声精度标定方法进行了综合分析,为后续超声标定方法的选择提供依据。基于超声标定的基本原理,详细分析了各种标定方法的优缺点,包括点模型、线模型、面模型以及无校准块等方法,同时分析了求解超声标定问题的迭代法和闭式法,以及分析了超声标定结果的精密度、准确度两类评价指标,最后从标定精度、标定时间、所需图像数、可靠性等方面对各种标定方法进行综合评价,为后续标定方法的选择和校准块的设计提供了参考依据。（2）基于前述对超声标定方法的分析,提出了基于N楔面校准块的超声标定方法。该校准块不仅使用了N线校准块独特的平行线几何结构,而且同时利用了面校准块在超声图像中成像为直线的优势。论述了基于N楔面校准块的超声标定原理和超声图像自动处理算法,并对标定精密度、准确度等进行分析。同时还将N楔面校准块与N线校准块、三点校准块进行比较,从标定准确度、图像处理时间、所需图像数、操作难度等角度做出分析,得出了N楔面校准块在准确度、实际操作、标定时间、校准块制造等方面更有优势的结论。（3）具体实现了超声图像经皮无创配准算法并通过实验验证配准精度。首先使用超声探头采集患者空间下的原始表面数据点集,同时通过软件操作采集计算机三维模型空间中的目标表面数据点集,然后在ICP算法的基础上实现了面配准算法,最后实施了均匀介质下的骨盆假体实验和非均匀介质下的猪髋骨实验,实验结果表明骨盆假体模型实验TRE为1.21 mm,猪髋骨实验TRE为1.48 mm,验证了实验方案的可行性和配准精度的可靠性。（4）在骨盆假体模型实验和猪髋骨实验的基础之上,设计了基于超声图像无创配准的骨盆手术导航系统,具体实施了1例图像引导下的螺钉植入尸体骨盆实验。详细介绍了实验的硬件设备、软件实现和实验内容,实验结果表明距离误差可控制在1.95 mm以内,角度误差可控制在4.58°以内,该系统初步满足临床应用的要求。