虚拟内窥镜技术(Virtual Endoscopy)是目前的一个研究热点问题,是一个多学科交叉的研究领域,是虚拟现实技术在现代医学中的应用,它涉及图像处理、计算机图形学、科学计算可视化、虚拟现实技术以及医学领域的相关知识。虚拟内窥镜技术克服了传统光学内窥镜需把内窥镜体插入人体内的缺点,是一种完全无接触式的检查方法。虚拟内窥镜的研究旨在为医生提供诊断依据,还可应用于手术规划、实现手术的精确定位和医务人员的培训等。 本文综述了虚拟内窥镜系统的结构和技术组成,针对虚拟内窥镜系统的若干关键技术,进行了深入研究和探讨。虚拟内窥镜系统的研究内容主要包括医学图像的处理,如插值、滤波等;组织和器官的分割与提取;组织和器官的三维绘制技术;虚拟内窥镜系统的路径规划;虚拟内窥镜系统的实时绘制等。 Marching Cubes(MC)算法是基于规则体数据抽取等值面的经典算法。本文详细叙述了MC算法的过程,并针对MC算法进行了详细的分析和改进,为了提高计算效率,提出了一种基于MC和区域增长抽取等值面方法,以及确定法向量的新方法。 在路径规划方面,基于距离变换的基础上,设计了一种新的快速、高效的抽取中心路径的算法,并提出了相应的路径平滑技术。根据起点和终点,确定空腔组织的中心路径点,在两维切平面中计算体素到表面的距离,将局部最大值(距对象表面的距离大于邻近体素的距离)作为中心路径上的体素点,而不是在三维空间中计算,使计算量大为减少。 在虚拟内窥漫游方面,给出了虚拟摄像机模型的定义,并对虚拟摄像机的几何定位和行为模拟进行了描述。 针对今后的研究工作,结合我们系统开发设计中的体会和不足,对以后的研究中需要进一步深入研究的几个方面做了一个简单的展望。