手术机器人在骨科上的应用是最具发展前景的技术之一。随着X射线、CT等医学造影技术的飞速发展,骨科疾病的诊断变得越来越容易,随之而来的便是针对不同种骨科疾病的治疗。近年研究人员开始针对不同的骨科疾病研发手术机器人,但是针对骨肿瘤疾病的手术机器人,采用影像引导机器人的方式进行骨肿瘤手术切除还没有人关注。这种方式具有微创的优点,这个优点既可以减轻患者的痛苦,也可以缩小患者的创口面积。本文针对影像引导的骨肿瘤手术机器人系统的几个关键技术进行了研究,具体内容如下:首次提出采用影像引导的机器人的方式进行骨肿瘤切除手术。国内外研究者对于骨肿瘤机器人手术的研究尚处在空白状态,故本文作者所在的课题组与医院骨科临床工作者共同提出采用机器人进行骨肿瘤手术,并采取医工合作的方式开展了本文的研究。实现了手术工具标定。为了计算手术工具坐标系与机器人末端法兰盘坐标系之间的关系,本文采用四点法,得到手术工具与末端法兰的变换关系,结合机器人运动学模型得到机器人基坐标系与手术工具尖端的变换关系,为后续手术工具的控制垫定了基础。采用两步配准方法进行骨肿瘤手术机器人的空间配准。影像引导机器人进行骨肿瘤手术的前提是建立骨肿瘤患骨的图像空间与机器人空间的变换关系,本文针对该问题采用了两步配准法,首先采用广义逆矩阵的方式进行粗配准,然后再采取ICP配准算法进行精配准,并对配准误差进行了分析。研究了手术路径的规划。提出了结合轨迹的形心和轨迹切向确定手术工具半径的缩进方向的方法,并对拟合后的轨迹进行了缩进。为了满足骨肿瘤手术机器人的特殊需求,系统需要实现医生在图像导航界面进行切割路径的规划,本文首先采用样条曲线的方式来进行轨迹的拟合,然后又考虑实际切割过程中手术工具半径的问题,结合轨迹的形心和轨迹切向确定缩进方向并对拟合后的轨迹进行了缩进。对上述内容进行了实验研究和算法验证,将所有算法集成至3D slicer平台下。搭建手术机器人软硬件系统,软件系统分别搭建了图像导航及手术工具位置实时显示模块、图形用户界面、机器人通讯模块;硬件部分搭建了机器人无菌化操作平台、手术冷却系统、夹骨设备等。最后进行离体实验,对实验误差进行了分析,分析结果证明了采用机器人进行骨肿瘤手术的可行性。