针刀医学是一种治疗软组织损伤性病变和骨关节病变的医学方法,将部分西医开放性手术变为闭合性手术,避免了开放性手术的痛苦和后遗症,提高了疗效。由于是闭合性的外科手术,绝大多数针刀治疗操作仍然在盲视下进行。有经验的外科医生,即便对解剖学熟练掌握以后,在盲视下操作也很能保证疗效和安全性,可能损伤到神经、血管、肌腱等重要组织器官,造成不必要的损伤。因此针刀治疗的可视化已成为针刀医学发展的必然趋势。针刀医学虽已经历了三十多年的发展,但是对针刀可视化的研究却刚刚起步,现在针刀可视化技术仅仅借助于计算机断层扫描、核磁共振成像或者超声等医学影像设备拍摄得到的人体内部组织器官的二维数字断层图像序列,然后医师通过观察二维的医学图像,来发现和诊断病情,这依赖于医生的读片经验做出的定性分析。国内目前还没有一套用于针刀手术的可视化软件系统,本文结合当前先进的医学影像设备和技术,将计算机图形学和图像处理技术应用到针刀医学中,为针刀手术提供一套强大的软件分析、处理系统,实现针刀手术过程中的病灶分析、手术规划、手术导航和虚拟手术。这一研究成果必将极大地提高针刀的应用范围和安全性,为闭合性的针刀治疗提供可视化,既提高针刀治疗的效果,又克服了盲视操作的局限性。本文对可视化针刀的关键技术:医学图像预处理、医学图像三维重建可视化以及医学图像配准算法进行研究,并在理论研究的基础上实现了一个可视化针刀辅助诊断和虚拟手术系统。本文的主要贡献和完成的工作包括:1)探讨了医学图像DICOM标准和解码机制,实现了DICOM格式文件的读取、分析、数据格式的转换;完成了对输入的医学图像序列的预处理工作,主要包括灰度变换、平滑和噪声消除。2)研究了医学图像三维重建的面绘制技术和体绘制技术,针对Marching Cubes算法易产生过量三角面片的问题,使用面片消减和表面平滑技术对原有算法进行了改进,在不影响视觉效果的情况下,明显提高了算法的绘制速度;在实验的基础上,对比了体绘制技术中的光线投射算法、2D纹理映射算法和3D纹理映射算法,对各自的优缺点和应用场合作了全面的阐述。3)在研究了医学图像配准技术的基础上,设计并实现了基于3D仿射变换的交互式的全局线性配准方法,能够在全局上对三维的图谱数据和病人数据进行配准;设计并实现了基于薄板样条的交互式局部非线性配准方法,能够在全局配准的基础上在局部进行精确配准,然后用基于网格简化的方法对算法进行了改进和优化,在保证配准效果的同时很好的节省了算法的运算时间。4)首次将医学图像三维重建技术以及医学图像配准技术应用到可视化针刀领域,构建了国内第一个具有系统功能性完备、操作灵活的基于Windows平台的可视化针刀辅助诊断和虚拟手术系统。