针对脑深部刺激手术因穿刺设备落后、钻削及穿刺理论不足等原因导致颅骨承受额外损伤、电极植入精度低的问题。本文结合无框式颅外正交定向方法与三维可视化技术设计制造了正交无框式脑深部穿刺平台,利用仿颅脑模型进行空载试验,验证了正交无框式脑深部穿刺平台的定位精度;利用此平台进行了颅骨微创小孔钻削实验,以钻削力和钻削温度为指标分析了穿刺参数对穿刺结果的影响,得出了优化的颅骨钻削参数;结合医学影像技术建立了颅脑组织的三维模型,并制造了支撑颅脑组织进行穿刺测试的专用夹具;以猪脑为测试对象,进行了脑组织的穿刺实验,分析了不同因素对穿刺结果的影响。针对有框式脑立体定位仪制造安装拆卸麻烦,外设头架对患者造成二次损伤,缺少颅骨钻削功能等问题。结合三维可视化技术与正交定向方法设计搭建了正交无框式脑深部穿刺平台,其具备钻削、穿刺功能于一体,可以快速实现钻头与穿刺针的同轴性,并设计制造了仿颅脑透明模型,进行穿刺实验验证其准确性。颅骨钻孔作为脑深部刺激临床治疗的重要前提,合理的微创小孔钻骨参数能够有效减少人体的额外损伤,降低术中疼痛,减少患者术后康复时间。基于脑深部刺激套管电极的穿刺要求,研究采用直径3mm高速钢麻花钻头作为颅骨骨孔钻削工具,以成年猪颅骨为钻削对象,建立辅助函数,以灰色关联度和切屑容积系数为颅骨钻孔质量的评价指标,优化颅骨微创小孔的钻削参数。结果表明:对于直径3mm的高速钢麻花钻头,当进给速度为30mm/min、主轴转速为600rpm时,具有最高的灰色关联度值0.90692554,灰色关联度响应图表明主轴转速相对于进给速度对钻削力和钻削温度的影响更为显著;该钻削参数组合下,切屑为螺旋短屑,其切屑容积系数为35.71,处于合适范围。对于CT、MRI等医学影像技术只能生成二维数据影像、靶点定位不准确和猪脑组织穿刺实验没有固定夹具等问题,基于人颅骨和脑组织的CT、MRI影像,通过Mimics软件对影像数据的编辑,利用阈值分割、光滑处理等功能实现颅脑组织三维重建,并将脑组织进行了分层处理;根据鼠脑模具的启示,设计制造猪脑专用夹具。以猪脑作为试验材料,采用自制夹具和平底培养皿以及穿刺速度为2mm/s、3mm/s、4mm/s、5mm/s进行了猪脑组织穿刺实验,对穿刺力曲线进行了介绍与分析,发现穿刺力随着穿刺速度的增大呈现先增大后减小的趋势,穿刺力摩擦增长率随着穿刺速度的增大而增大;得到了使用自制夹具的穿刺实验中不同速度下的穿刺力和穿刺力摩擦增长系数均小于使用培养皿所测得的结果。