手术导航系统整合了医学影像和计算机科学等领域的先进技术,在现代外科手术中起着越来越重要的作用。但是,针对不同的临床需求仍然还有不少地方需要拓展和进一步研发,如当前外科手术导航系统尚未能实现低成本的精准远程医疗;不少便携式导航系统,比如光学影像导航,不能提供深度信息等。针对当前手术导航系统中存在的不足,本文研究了手术导航中的原位投影和深度导航两大关键技术问题,搭建了两套手术导航模组,并且实验验证了它们的临床可行性和技术可靠性。这两套手术导航模组采用分别搭建又有机统一的研究方法,最终将整合到一套导航系统中,为远程外科手术提供便携精准的光学影像指导,为远程医疗和个性化治疗开辟了新的思路,具有重要的临床意义和研究价值。论文的主要研究内容如下:(1)我们研究了交互式远程控制的同轴原位投影手术导航技术。该技术将本地手术的实时场景通过无线通信传输到远程指导端,同时将远程端的指导性标注实时回传并原位显示在手术区域,在300 mm到500 mm的工作距离下实现了优于1 mm的位置导航精度。在实验测试方面,我们设计了远程指导的兔子环甲膜切开手术和气管插管手术以及用于远程教学的兔子解剖教学实验,验证了系统的有效性和临床价值。(2)我们研究了荧光影像中的深度检测技术。该技术使用多功能微胶囊标记物和荧光双波长影像系统,通过采集不同光谱的荧光影像,对荧光影像标记物进行深度解析和重建。为此,我们首先制备了多功能微胶囊造影剂并设计了具有不同光学特性的仿生仿体;然后通过微胶囊造影剂的掩埋和双波长荧光影像的采集进行深度计算。实验结果显示,使用多功能微胶囊造影剂的双波长荧光成像技术能够实现在荧光团深度达5 mm重建误差小于1 mm的深度测量,很好的证明了系统结合该多功能微胶囊能实现深度测量的可行性。