目前神经外科手术导航系统普遍存在的问题是:无法克服手术中脑脊液流失,脑肿胀等引起的脑组织移位,术中无法实时识别组织与靶点。利用fNIRS技术辅助导航,为这一问题的解决提供了新的方法。该技术利用fNIRS和医学影像数据的关联特性,找出最佳关联因子,建立二者之间的数学关联模型,将穿刺轨迹的磁共振灰度信息通过该模型转化为fNIRS作为先验知识,以穿刺轨迹锥形邻域的图像信息建立纠错模型,引导手术路径的实时纠错。本文对fNIRS辅助导航中所涉及的关键技术:fNIRS与磁共振数据的相关性,三维可视化技术和手术路径规划与纠偏技术进行了研究。首先,通过模拟胶实验表明优化散射系数随深度变化曲线与同一针道轨迹上MRI灰度值存在高度相关性;其次,在MRI数据三维可视化处理中提出了一种综合的光线投影体绘制加速算法,保证成像质量的前提下提高了绘制速度,并实现基于三维体数据的半透明化处理和任意剖面切割;然后,实现基于三维体数据的穿刺路径信息提取,利用平均Hausdorff距离算法获得在容差范围内的最佳匹配路径,确定偏离目标路径的角度和方位,进行路径实时校正;最后,基于VC开发平台利用VTK工具包开发了一套基于fNIRS的神经外科手术导航系统软件。本文主要创新点:(1)提出基于fNIRS的神经外科手术导航技术,解决了术中靶点偏移问题;(2)对传统的光线投影体绘制算法进行了改进,提出了一种综合的光线投影加速算法,在保证成像质量的前提下,提高了绘制速度;(3)利用平均Hausdorff距离算法实现路径信息的匹配,引导手术过程的实时纠偏。