由于大脑内部结构复杂,重要功能组织众多,脑部肿瘤对病人有极大的危害,因此对脑肿瘤的手术治疗技术有着极高的要求,在手术过程中要求尽可能减少手术给病人带来的额外的创伤,提高术后恢复速度,减少手术并发症的产生。手术造成的创伤通常在开颅与去除病灶的过程中产生,而颅骨缺损修复的效果影响着病人的预后,因此关于术中对病灶区域的准确定位、开颅切口规划以及术中颅骨重建技术是目前神经外科手术中的重要研究问题。为了解决神经外科开颅手术中的上述问题,本文结合光学手术导航设备展开了研究,具体研究内容如下:(1)基于面部信息的无标记点空间注册技术。为了实现术中精准导航,本文提出了一种通过获取病人面部信息实现手术空间和三维医学图像空间的精准匹配方法,并通过头模实验和模拟人体实验对方法精度进行验证。实验结果显示该无标记点注册方法的点集匹配误差小于1mm,该方法空间注册后的靶点误差为1.81mm,满足临床要求,该方法避免因空间注册使用标记点导致耗材的产生,为手术减少了操作步骤。(2)基于颅内病灶区域的开颅切口规划技术。为了进行开颅切口的规划,本文设计了一种开颅定位技术,该技术可在术前或者通过病灶区域规划开颅切口,并可根据医生的需要进行个性化修改切口。实验结果显示切口可根据病灶形状和投影方向生成对应的切口形状,并能根据需要进行平滑、缩放等操作,而且将切口形状投影到头皮显示的速度比传统方法快10倍以上,减少了切口规划步骤所花时间。(3)开颅缺损修复中的补片重建技术。为了降低颅骨修复造成的术后并发症的发生率,本文设计了一种准确重建颅骨补片的方法,通过术前扫描的医学图像进行颅骨补片的设计和制作,在术中结合光学导航系统获取的实际缺损的边缘,设计一种补片注册方法将补片与颅骨结构进行匹配,从而可以在补片上得到与实际缺损对应的边缘,沿着补片边缘裁剪,便可得到与缺损结构一致的补片结构。该方法通过动物实验进行验证,实验结果显示补片与颅骨缺损边缘吻合,术后动物恢复良好。经验证,本文提出的无标记点空间注册技术可在术中对病灶进行精准定位,开颅切口规划技术可以实现根据医生的要求进行个性化规划开颅切口的位置和大小,颅骨缺损修复中的重建补片技术可在术中重建与颅骨缺损结构一致的补片。