随着计算机辅助诊断技术的不断发展,医学图像后处理工作站已成为肝病常规检查、术前分析和术中辅助不可或缺的技术手段。但是由于肝脏器官的复杂性和多变性,这种后处理工作站所具备的基本可视化和分析功能难以适应肝脏诊断和手术的需求,因此基于图像分割、三维可视化等技术的肝脏虚拟手术计划系统应运而生。目前该系统面对复杂的临床应用时,仍存在分割准确性、稳定性、执行效率及交互简捷程度等方面的问题,因此需要进一步地研究并提高系统性能。肝脏虚拟手术计划系统主要包括了肝脏分割、肝内肿瘤分割、血管分割、血管分析与分类、肝段估计、目标可视化、虚拟手术交互及参数计算等环节。其中,肝脏分割、肝内血管分割及分割目标的三维可视化作为系统流程的重要组成部分,是其他环节的基础。本文针对肝脏虚拟手术计划系统中的肝脏分割与肝内血管分割环节,对现有算法进行研究和综合改进。首先,通过肝脏CT图像特征及肝脏分割过程中难点的分析,以两种经典的肝脏分割算法研究为基础,提出了一种肝脏分割的改进方法。该方法采用三维区域生长的基本思想,以Gaussian非线性耦合函数和Canny边缘作为双重约束条件,结合孔洞填充、最大连通域判断、交互修正轮廓线等后处理环节,可以实现肝脏分割鲁棒性的提升以及算法稳定性与执行效率之间的平衡。以此为基础,对肝脏区域内的血管进行进一步分割。以肝内静脉血管为主要研究对象,采用分割预处理、基于Hessian矩阵特征值的多尺度血管增强、最优阈值血管分割与手动交互、分割后处理等环节,实现了门静脉和肝静脉两类静脉血管的提取。在此基础上延伸研究了肝内静脉血管骨架的提取和图论表达,将分割后的血管图像转化为点-线图形,进而获取血管分支拓扑结构,为门静脉、肝静脉两类血管的分离和肝段划分提供模型基础。最后,采用基于OpenGL纹理映射与GLSL片段着色器的体绘制方法,运用多重纹理技术,对肝脏分割与肝内血管分割的结果区分表达,并开发了空间内任意平面切割、曲面切割工具,实现分割目标的三维可视化和交互。上述各环节在VC++平台下实现,使用临床数据测试算法的实际执行效果。通过实验可知,本文提出的肝脏分割方法与经典算法相比,分割质量较好、执行时间适中、交互简捷易用；肝内血管分割方法可获取门静脉、肝静脉主要部分,进而提取血管骨架,并根据分支结构初步获取门静脉主要分支；三维可视化配合灰度-不透明度传递函数的调节,能够直观展现肝脏与肝内血管的空间信息和内部信息,切割交互工具为虚拟手术提供支持。