计算机辅助手术是信息技术与现代医学的交叉学科，是国际前沿研究热点，它突破了传统手术的局限，极大地提高了手术精度与成功率，对于提高人类的生命健康水平具有深远影响。本文主要对计算机辅助手术的两个重要组成部分——“虚拟手术仿真培训”与“手术导航”的关键技术展开研究，并开发了针对颅颌面外科临床的应用系统。在虚拟手术仿真培训方面，本文主要对碰撞检测和触觉力反馈等关键技术和算法进行了研究。为了实时、精确地检测手术器械与颅颌面模型间的相交情况，提出了AABB（AxisAligned Bounding Box）包围盒与多个检测点相结合的碰撞检测算法，能够同时达到比较高的检测速度和精度。以操作力本构方程为基础，实现了触觉反馈力的精确计算。在上述算法和技术的研究基础上，以VS2008为集成开发环境，结合Qt、OpenGL和Chai3D等软件工具，并利用Omega.6型力反馈仪器和Display300型沉浸式视觉平台，开发了集视觉、触觉和听觉为一体的颅颌面虚拟手术仿真培训系统（VR-CMFS）。由临床医师和相关领域专家对系统进行了体验和评估，结果表明VR-CMFS的视觉仿真环境和触觉反馈感与真实临床较为接近，能够为术前准备和新手培训提供有效的帮助。在手术导航方面，本文的研究内容主要有以下几个方面：1）以封装后的STL文件和常规的XML文件为基础，设计了规划与导航系统之间的数据接口；2）研究了手术器械的标定算法，设计了标定装置，实现了对手术器械尖端、轴向和法向的标定；3）研究了基于点和基于面的配准方案。在配准点的拾取方面，设计了佩戴式外置配准标记点，既对患者无创又能有效地保证配准精度。4）以VS2008为集成开发环境，以Qt为图形界面开发工具，并结合ITK、VTK、CTK和IGSTK等图像分析和可视化工具包，对相关的算法和技术进行了实现与集成，开发了颅颌面外科手术导航系统（CMFSNS）。为了验证导航系统的精度，我们设计了一种由金属底座、有机玻璃基座和尼龙颅颌面模型构成的精度检验装置；并通过一组精度测试实验，表明系统点配准和面配准精度分别保持在1mm和1.2mm以内，性能指标可与国际同类产品相媲美。因此，CMFSNS能够满足颅颌面外科手术的临床要求，为实现手术的个性化、精确化和微创化提供了保障。