研究肺癌近距离粒子植入手术中的剂量规划以及手术导航,对临床手术的准确执行具有很大帮助,并得到了广泛关注。本论文通过对机器人辅助近距离粒子植入治疗技术中剂量规划及手术导航方法的分析,研究了精准的逆向剂量规划以及机器人导航,可在很大程度上达到提高粒子植入精度、减少副作用、提高手术疗效的目的。本研究能够同时促进医疗机器人领域以及肿瘤治疗领域的发展,主要研究内容和成果如下:（1）提出了一种基于共面模板的混合逆向剂量优化算法,集成了模拟退火方法和基于DVH的逆向评估方法。该算法改变传统正向剂量规划方法的思想,从剂量规划的目标入手,建立目标函数以及约束条件,采用模拟退火算法搜索初始解,然后使用基于DVH的逆向评估方法,最终得到最优解。实验结果表明,该方法比传统方法具有更高的精度和效率。（2）设计了一种个性化非共面穿刺模板,提出了基于联合稀疏矩阵表示的三维剂量优化算法。非共面模板解决了多靶区、生理结构的限制等临床需求,穿刺针的方向自由设计。而剂量优化算法根据训练结果,自动确定最优的粒子分布。实验结果表明,个性化非共面模板能够准确地实现术前规划的结果,并且剂量优化的精度与效率都优于目前临床中使用的方法。（3）提出了改进的ICP注册配准算法,改变了传统算法中初始值的确定方式,将图像空间到患者空间的注册配准分为粗配准和精配准。粗配准采用四元数法为精配准确定输入的初始值,精配准根据ICP算法的迭代思想确定最优的转换矩阵。实验结果表明,该算法的精度达到了临床手术的要求。（4）提出一种术前剂量规划驱动的模板自动定位方法,使用精度和稳定性更高的机器人代替传统的手动装置,将术前剂量规划的结果作为指令发送给机器人,实现了穿刺模板的准确定位,不仅提高了工作效率,而且使得最终定位精度得到保证。（5）基于图像导航机器人和肺癌粒子植入治疗规划系统软件,搭建了肺癌粒子植入手术剂量规划和术中导航系统平台。进行了相关动物实验和临床手术,验证了所搭建的导航系统平台的精度、效率和安全性。