虚拟内窥镜(Virtual Endoscopy)技术是虚拟现实技术在现代医学中的应用。它利用医学影像作为原始数据,融合图像处理、计算机图形学、科学计算可视化、虚拟现实技术,模拟传统光学内窥镜的一种技术。在虚拟环境中,用户获得沉浸感、真实感、和实时交互,可以通过虚拟工具来改变虚拟场景中对象的状态。虚拟内窥镜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,还可应用于辅助诊断、手术规划、实现手术的精确定位和医务人员的培训等。因此虚拟内窥镜的研究具有很高的临床应用价值。论文综述了虚拟内窥镜系统的结构和技术组成,在此基础上对虚拟内窥镜技术的三个关键性问题：虚拟器官的可视化,自动提取中心线和交互式虚拟内窥镜导航技术进行了研究,并对开发的系统进行了临床验证。本文基于预处理后的图像进行后续工作,采用美国路易斯维尔大学Computer Vision and Image Processing实验室提供的分割完成的二值化图像数据。在三维重建和可视化技术方面,介绍了三维规则数据场中面绘制和体绘制代表算法的优缺点,提出在虚拟内窥镜自动导航时采用面绘制技术,在交互导航时采用体绘制技术,取得了良好的实验效果。同时基于VTK (Visualization toolkit)和MFC开发了一个医学图像可视化处理系统,为虚拟内窥镜功能提供了一个良好的运行平台,该系统集成了大量辅助诊断的功能,可以有效的辅助医生进行临床检查。在路径规划方面,总结了中心路径的定义和特性,研究了目前主要的中心路径提取算法,针对结肠等单分支器官给出了一种基于双向体素编码的自动中心线提取算法,通过对三维数据场中离散体元进行距离编码,建立双向源距离场,自动提取路径起止点,完成导航路径的提取,大大提高了自动性。针对气管等弯曲度低的器官提出交互提取导航路径的方法,可以实时提取导航路径,提高了检查速度。在虚拟内窥镜的导航漫游方面,可以分为两种方式：手动交互导航和自动导航。交互导航给予医生、用户完全的自由度,可随意控制虚拟相机到达任何想去的地方。自动导航漫游充分利用了平滑的中心线,使虚拟相机沿着它逐步前进,在此基础上确定好视角大小和视线方向就能很好的完成自动漫游过程。在研究了当前常用的导航方法后,提出横跨式交互导航方法检查人体大肠,能够很好得看到大肠褶皱后面的部位。通过控制相机的焦距,视角不受任何限制,大大提高了虚拟大肠镜的覆盖率。最后基于病变腹部数据,对虚拟大肠镜进行了临床验证,能够很好的检查到大肠息肉等病变,取得了良好的效果。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。