脑机接口（Brain-computer Interface, BCI）是指在大脑与外部设备之间建立不 依赖于外周神经和肌肉的信息通道，可通过检测（读）或调控（写）神经元活动， 实现大脑与外部设备的信息交互。针对柔性电极植入手术创伤较大的问题，本文 重点研究颅脑影像空间与物理空间的无创配准、激光器光轴标定与开孔路径空间 转换、颅脑规划开孔路径与激光光轴对准导航等关键技术，形成集“无创配准-光 轴标定-空间转换-对准导航”功能于一体的激光微创开孔导航系统。本文的主要 研究工作与贡献如下： （1）针对柔性电极植入手术需植入骨钉、存在出血和感染风险的问题，提 出免植入钉的颅脑影像空间和物理空间无创配准方法，在猕猴颅脑开孔导航应用 场景评测配准误差和定位误差，提出基于混合遗传算法的目标靶点最优配准点集 自动选取方法，有效提升了颅脑空间配准精度。 （2）针对规划开孔路径和开孔激光光轴测量难题，提出激光器光轴空间标 定与拟合方法，聚焦空间转换具体过程，采用空间直线拟合的方法标定激光器光 轴，设计模拟开孔装置用于直观显示颅脑规划开孔路径的位置和姿态，便于后续 实验激光器光轴和规划开孔路径对准开孔操作。最后建立激光器坐标系、颅脑坐 标系和相机坐标系之间的空间转换关系，并通过实验验证了激光器光轴标定和空 间转换的精度，实现颅脑规划开孔路径和激光器光轴位姿的实时定位。 （3）提出基于光电跟踪仪的颅脑开孔路径与激光器光轴位姿对准方法，建 立开孔导航设备位姿测量单元和运动单元的映射关系，设计基于位置的伺服控制 系统引导颅脑规划开孔路径和激光光轴的快速接近、精确对准。实验结果表明： 颅脑规划路径和激光器光轴姿态对准误差≤0.16°，位置对准误差≤0.4mm，实 现了面向植入式脑机接口应用的激光微创开孔自动导航。