随着人们生活水平的提高,我国的医疗保健系统越来越完善,其中外科手术机器人受到了各方面的高度重视,并开展了多项研究工作。南开大学机器人研究所与天津医科大学总医院合作的课题“基于CT图像导航的脊柱微创手术机器人系统”就是由国家“863计划”资助的一项前沿性课题。其中“CT图像导航系统”是机器人系统的一个重要组成部分,其主要功能是接受CT机的图像数据、从图像中解析出病灶点的位置几何信息、建立CT机与机器人系统之间的空间转换关系、为使用者提供专用的操作界面,最后辅助机器人的运动控制单元进行精确定位。　　 本论文在借鉴了国内外先进医疗机器人研究成果的基础上,结合本系统的实际需要,完成了一套专为脊椎微创手术机器人而开发的“CT图像导航与工具定位”软件系统。主要工作包括以下内容:　　 1.以图像处理器(PC机)为硬件基础,建立了脊柱微创手术机器人的上层管理与控制系统。该系统实现了图像处理器与CT机的实时通讯与图像数据交换,利用专用的标定装置实现了CT机与机器人之间的空间坐标变换,为使用者建立了机器人操作界面,最后根据手术方案计算出手术工具的空间定位信息并下传至机器人的运动控制单元。　　 2.针对手术过程中CT机与机器人系统之间空间位置的不断变化,利用特制的空间位置标定装置,自动实现了CT机坐标系与机器人坐标系之间的映射关系转换。其中标定装置上的标记点在CT图像中空间位置坐标的识别是关键问题,本文利用图像处理的技术实现了多标记点位置信息的自动识别。　　 3.以CT机序列图像为基础,在对现有的三维重建算法进行分析和改进后,对病灶区域的部分人体骨骼建立了立体的显示模型(图形),为手术医生提供一个比较直观、逼真的观察环境。　　 在完成机器人系统样机的研制工作后,为了对机器人各项功能进行验证,课题组设计实现了脊柱微创手术的模拟试验、生物标本试验、和活体动物的微创手术试验,并在历次试验中不断得到完善。目前的试验结果表明,本文所开发的“CT图像导航与工具定位系统”实现了设计的各项基本功能,能够与机器人的其他单元协调工作,完成脊柱微创手术工具的定位功能。