肝脏是人体生命活动的最大内脏器官,是消化系统中最大的消化腺,是新陈代谢的重要器官,但是肝脏的脆弱性使得肝脏疾病的发病率非常高。据统计全国总人口的10%是乙肝病毒携带者,每年约有11万人死于肝癌。肝脏切除和肝脏移植是治疗肝脏恶性肿瘤的有效方法,而手术成功的关键在于体积估计与手术预案的准确性。目前医生一般根据经验在三维影像数据上做出判断确定手术预案,无法做出准确的体积估计和切割位置的选择,因此用计算机技术对肝脏影像进行虚拟手术的模拟和评估是非常重要的课题。肝脏虚拟手术仿真系统包括图像预处理、图像分割、体积估计,虚拟切割仿真等功能。本文主要研究图像预处理与虚拟切割仿真功能模块的关键技术。图像预处理就是要增强CT切片图像中的肝脏信息。虚拟切割仿真就是模拟真实手术过程,给医生良好的手术体验。在图像预处理关键技术的研究中,本文在基于偏微分方程的直方图均衡化方法的基础上,提出了一种全局信息与局部梯度信息相结合的方法。实验表明可以有效地增强肝脏的CT图像,解决了肝脏与其周围组织在CT图像中的对比度低而难以区分的问题。目前临床上使用的肝脏虚拟手术系统都以鼠标或是简单力反馈作为输入,无法给医生在三维空间中进行手术的感觉。使用力反馈设备的系统,不仅价格昂贵、灵活性差,而且精度不高。因此开发一个能根据医生的手在三维空间中的运动控制虚拟手术刀运动的系统,可以增加医生虚拟手术的沉浸感。为了跟踪医生的手在空间中的运动,我们采用精度较高,价格便宜,使用方便的Wiimote及其附件Motion Plus作为跟踪设备。在仔细分析这些设备的特性后,用卡尔曼滤波算法处理数据,得到了Wiimote在三维空间中跟随手运动的平稳轨迹。实验表明了该算法设计的正确性与可行性。上述关键技术的解决为建立完整的肝脏虚拟手术仿真系统打好了基础。