脊柱外科手术作为重要外科手术之一,伴随而来高风险性的一直影响着外科医生,由于脊柱手术机器人的快速发展,利用其更准确、稳定的特性来辅助完成手术成为一种新的发展方向。在利用手术机器人完成手术操作时,最重要的步骤就是规划出合理且准确的运动轨迹,为了实现路径的自动规划,深入研究了CT图像的分割方法和不同手术术式的器械轨迹规划,完成了仿真结果分析和实体动物实验。椎骨的分割和识别是利用算法针对脊柱进行自动分析的先决条件,采用基于卷积神经网络训练模型的实例分割方法完成对术前CT图像中单节段椎骨的分割,为后续的三维模型重建和手术规划奠定基础。通过分割模块、实例存储模块和分类模块组成改进后的网络结构,利用数据集对其进行训练、验证和测试,优化网络性能,从而完成对椎骨的实例分割。对单段椎骨数据进行三维重建,利用解剖学特征自动规划出椎弓根置钉手术路径。通过分割得到的标签进行标识原始CT图像,采用图像处理算法和插值重采样方法计算出真实骨体模型。基于采样积分法和求解最大内接圆的方法提取出椎骨的特征信息点,完成针对单个脊柱椎骨节段的局部坐标系建立以实现标准化描述。通过选取截面进行计算得出钉道的规划路径,计算出磨削骨钻的位姿和进给路径。以椎骨的三维模型信息为基础,提出椎板减压手术磨削路径的自动规划方法。通过确定椎板的截面计算出椎板待磨削区域,将该区域离散化表达形成手术路径的点集,拟合出骨钻移动轨迹。以路径点轨迹和椎骨的三维模型为参考依据,提出了一种在手术过程中末端器械的姿态计算方法,确保骨钻在手术磨削过程中的稳定性。为了避免在手术磨削过程损伤椎管区域,对所规划出的移动轨迹进行了优化调整,提出了安全性约束方法。采用CT数据进行仿真实验完成数据分析,并利用脊柱手术机器人系统完成实体实验。基于医院采集的病人CT数据完成椎弓根置钉手术路径规划,针对规划结果分析有效性和可行性。设计集成了脊柱手术机器人系统,通过图像配准和机器注册将图像数据、规划路径和真实椎骨进行映射配准。在真实椎骨上利用机器人系统分别完成了两种手术实验,验证了路径规划算法的可行性。