微创虚拟血管手术仿真系统结合了计算机图形学、现代医学和虚拟仿真技术,通过对微创血管手术的模拟,为很多临床医生和实习生再现出了一个真实的手术场景,不但提高了用户的手术技能,同时大大减少手术误差。在保证安全的基础上,微创虚拟手术系统应为手术过程提供足够真实性的同时,还应使医生能自然和本能地控制工具的运动,充分利用其固有的感觉和反应能力,发挥其熟练手术技能。这就要求系统具有高临场感。为了解决仿真逼真性低、行为模型不够完善以及实时性和准确性相矛盾的问题,本文以腹主动脉血管为研究对象,对微创虚拟血管手术仿真系统中的三维模型重建、几何模型的优化、物理形变模型仿真、实时碰撞检测等关键技术进行了研究,研究主要内容概括如下：(1)血管的三维几何构建是微创虚拟血管手术系统的基础,本文针对血管造影图像对比度不均衡和血管边界模糊的问题,采用Mimics 15.0 (Materialise公司,比利时)软件对血管CT数据进行了分割、编辑和三维重建,同时对模型进行了相应的优化和检验。通过Mimics软件,采用混合自动分割的方式将血管组织分割出来,并通过空腔填充解决因造影图像对比度不均匀造成的血管蒙版信息丢失的问题,同时,通过蒙版编辑对血管进行边界增强并去噪。(2)针对血管壁复杂的组织构成,本文采用基于四面体网格的粘弹性有限元模型来模拟血管的形变。由于有限元模型在形变过程中需要进行大量的计算,在保证腹主动脉血管形变模型的精度的同时,结合真实血管的形变数据,本文将血管分为线性弹性形变部分和非线性形变部分。同时,本文利用Mimics软件对有限元的四面体网格进行分析和优化,获得高质量的体网格。(3)血管的有限元模型比较复杂,致使其碰撞检测计算量和计算时间相对较大。为了减少相交测试时间,提高检测精度,本文提出了基于轴向包围盒(Aligned Axis Bounding Box, AABB)和离散方向包围盒(Discrete Orientation Polytopes, K-DOPs)的混合双层包围盒碰撞检测算法。该方法分为粗糙检测和精确检测两个阶段,上层(外层)采用AABB快速排出不可能发生碰撞检测的几何集,下层(内层)采用K-DOPs较精确地测试可能发生碰撞的几何集并检测出碰撞点。本文通过模拟微创虚拟血管手术过程中血管与手术刀相接触的场景,对血管的形变模型和碰撞检测进行了检验。实验表明,通过Mimics进行三维重建和模型优化,不但提高了重建模型的精度,还极大地提高了建模的速度。改进的血管形变模型以及用Mimics优化后的体网格,不但减少了有限元形变求解计算量,同时较精确地描述了血管的形变模型。采用AABB-K-DOPs混合包围盒有效地减少了计算量,提高了碰撞检测速率。这为建立高临场感的微创虚拟手术系统奠定了坚实的基础。