手术导航技术问世之前,骨科医生主要利用术前患者的影像学资料和术中的X线透视进行定位,失误率较高。在手术导航系统应用到手术中后,失误率降低了很多。手术导航系统有许多不可替代的优越性,已被越来越广泛地应用于骨科手术中。本文针对椎弓根钉置入手术,对手术导航系统的关键技术进行了研究。在分析椎弓根钉手术的特点及流程的基础上,为提高手术精度,对手术导航系统的功能需求进行分析,定义了必需的软硬件功能。实现了电磁定位器的使用,设计了定位探针,包括探针的机械本体和控制电路,并对探针的标定进行了研究。以VC和VTK为开发平台,设计并实现了手术规划软件系统,为术前规划、术中配准以及术中手术工具的实时导航提供功能支持。术前规划为医生提供丰富的观察手段以便于制定手术路径,实现的功能有医学图像的数据读取、任意截面图像的显示、二维图像的处理及分析(对比度的调整、伪彩调整及像素分析)、三维重建、测量、三维模型的切割、手术路径的制定以及术中工具的实时显示等。配准部分对ICP算法进行了研究,利用计算机模拟的方法对该算法进行了验证,并对其精度及特点进行了分析。确定了在实际手术中配准的流程。最后,搭建了系统试验平台,首先对探针标定的精度进行了实验分析,然后对配准过程的误差进行了实验分析,并对配准误差的来源进行了分析。