手术导航系统通过对现代工程科技与医学技术的结合来辅助医生完成手术操作,由于其具有降低手术难度、提高手术的准确性、减少手术创伤、加速患者恢复等优点,目前已经成为计算机技术应用与医学领域融合方面的理论研究和临床应用新热点。超声成像由于其独有的实时性、无损性、廉价性、灵活性等特点,被广泛应用在临床诊断和治疗当中。本文针对超声图像引导的经皮穿刺类手术导航系统中存在的主要问题,对图像分割、图像标定、三维显示、空间定位这几种手术导航的关键技术进行研究,主要包括如下内容：首先,结合医学超声图像的特点和超声手术导航系统的要求,在对多种图像分割方法进行对比研究的基础上,本文提出了一种基于双势阱势函数RSFB模型的图像分割优化方法(DPF_RSFB)和一种结合图像局部熵信息的自动化活动轮廓模型图像分割方法(LE_RSFB),这两种方法分别针对RSFB模型计算速度慢和需手动选取初始轮廓的缺点进行改进,实验结果显示本文方法在保证图像分割准确度的同时,可以明显减少算法运行时间并能实现自动化图像分割,具有在超声手术导航系统中的应用价值。其次,针对超声手术导航系统对灵活性和操控性的要求,本文设计了一种基于光学定位的超声图像标定方法,这一方法充分利用了超声引导手术中的固有工具,且无需引入额外的标定模板,实验结果显示当标定图像大于20幅时本方法的平均误差和标准差均小于0.65mmm,具有精度高、适应性强、设备灵活、操作简便等特点,在超声手术导航系统的应用方面具有很高的可行性和优越性。最后,为了解决目前超声图像引导的经皮穿刺类手术中病灶三维显示和空间定位所存在的问题,本文提出了一种基于光学定位的超声图像病灶中心空间定位方法,这一方法能够实现二维超声轮廓向三维空间的转换和显示,并且能够对球形病灶进行中心位置和半径的估计,实验结果显示这一定位方法对球心位置的估计偏差小于2mm,半径的估计偏差小于1mm,符合超声手术导航系统的精度要求,具有作为超声手术导航系统三维显示和空间定位方法的潜力。