虚拟内窥镜技术(Virtual Endoscopy-VE)是虚拟现实技术在现代医学中的应用。它类似光纤维内窥镜,是利用病人的医学影像数据,结合计算机图形学的方法重建和生成一组反映空腔器官内部表面形态的灰度或彩色图像。它具有光纤维内窥镜所无法替代的优点,如:安全、无创,适合于体弱者、婴幼儿、空腔器官重度狭窄者等,被视为光纤维内窥镜的有效补充。因此虚拟内窥镜的研究具有很高的临床应用价值。论文首先对构成虚拟内窥镜系统的关键技术进行了研究,并对开发的系统进行了临床验证。在此基础上研究了虚拟内窥镜新的发展方向:虚拟内窥镜的展开效果和计算机辅助识别的虚拟内窥镜系统虚拟内窥镜技术的两个关键性问题:自动寻找中心线的方法和交互式虚拟内窥镜成像方面,我们针对虚拟内窥镜的中心线自动提取问题,提出了一种利用距离尺度和最大代价生成树来提取结肠中心线的方法。该方法不但能提取全局最优的三维管腔的中心路径,而且还能处理多分支结构的对象。经过改进后的加速算法,可以迅速,自动的完成整个路径规划。对虚拟内窥镜的交互式成像,提出了一个易于操控和计算简便的坐标变换,并利用距离变换后的数据场进行体绘制的加速,结合并行计算,可以达到实时交互的效果。临床验证了系统的有效性。在虚拟内窥镜展开效果的研究方面,主要介绍了各种虚拟内窥镜对空腔器官展开的方法。我们对虚拟内窥镜展开效果的研究结果是:展开效果对临床的应用而言,始终是一个三维影像变换为二维的效果,因此需要对变形进行处理,虽然拓扑的方式是确切意义上的三维形变,但对临床的意义并不如视觉矫正的效果好,因为展开效果的目的是为了快速观察肠腔等器官的内表面,医师所希望的仍然是人体三维状态下的病灶形态,而非在经过器官变形以后的状态;从另一方面来说,展开效果对因病理因素导致的管腔狭窄的观察效果由于平面化而不如三维效果清晰明了,因此在临床虚拟内窥镜观察过程中,这种空腔展开效果始终无法代替虚拟内窥镜的观察,其临床意义仅限于快速浏览,处于从属地位。相对于计算机辅助识别,虚拟内窥镜展开效果的临床实用价值偏低。但作为一种虚拟内窥镜观察的辅助手段,展开效果仍然具有研究价值。在虚拟内窥镜的计算机辅助识别(CAD)方面。我们研究了已有的虚拟内窥镜计算机辅助识别方法,主要是结肠息肉的计算机辅助识别的方法。我们从着眼于开发适应面广泛的计算机辅助识别虚拟内窥镜系统出发,不拘泥于设计识别单一的CAD系统,采用了模板匹配的方式来研发整个CAD系统,模板匹配的核心采用ICP配准,模板采集的方式直接来自虚拟内窥镜的实际观察,整个识别过程为遍历新病例的空腔内壁,对空腔内壁的点,逐一作为中心向四周沿内壁搜集属于内壁的体素点组成判别区域的点集来进行识别。实验证明其能够进行息肉这样的病灶的自动检测,具有进一步发展的潜力。最后对虚拟内窥镜研究未来的发展方向做了展望。