手术导航系统是利用CT等一系列工具扫描出患者数据并重建出三维立体模型,利用配准算法将手术空间中患者模型与扫描重建出的三维立体模型进行匹配,在手术中跟踪定位手术器械,计算出手术器械空间姿态,显示在扫描重建出的三维立体模型上,让医生可实时观测当前手术器械在患者身体上的具体位置。相对于传统手术而言,手术导航系统具有便于医生对病例进行分析从而术前诊断,对患者进行手术规划、模拟手术,医学教学等诸多优势,除此之外,手术导航系统还具有安全性高、手术时间短、创伤小等优点。本文对手术导航系统手术器械的跟踪方法进行深入研究分析,针对手术器械上定位标记物的选取、检测算法进行研究分析,研究手术器械姿态解析方法,同时对手术器械姿态跟踪方法深入研究,主要研究内容如下:（1）针对手术器械上定位标记对手术器械姿态解析精度具有巨大影响的问题,对手术械手术定位标记的选取进行研究,研究黑白格定位标记的识别算法,其对手术器械定位精度的影响因素,并进行实验分析。提出一种基于对称性的黑白格检测算法,算法中利用多分辨率和多级筛选的算法框架,提前过滤大部分非黑白格区域,显著减少算法计算量,提高算法运行速度。（2）针对手术器械的刚体特性,即手术器械上定位标记的相对位置为已知信息,对于术中识别到的定位标记利用其相对位置关系可以优化求解出手术器械的姿态参数,为进一步提高精度。另外,本文使用一种将该姿态下手术器械上定位标记区域重映射到成像平面,以重映射到成像平面上定位标记区域到实际检测到的定位标记区域之间的误差为损失函数,以此优化姿态估计精度的方法。（3）针对手术器械的运动特性,利用LSTM循环神经网络对手术器械姿态进行跟踪。将手术器械上定位标记空间坐标重映射回成像平面,确定定位标记在成像平面上的区域,减少定位标记的识别的范围,提高算法运行速度,在处理大分辨率图像时,算法运行时间的提升效果更为显著。（4）系统算法移植。针对本文涉及的手术导航系统算法及硬件需求考虑,选取英伟达的Jetson Nano二代嵌入式开发板,该开发板提供多个相机接口,支持Open GL ES,本文将涉及的硬件及算法移植到该开发板上,并进行开发调试。