手术仿真系统的研究旨在为外科医生提供可以反复使用的训练和模拟工具,可应用于手术规划、手术演练和进一步的实际手术中。手术仿真系统中一个重要的研究内容就是对交互式三维测量系统的研究。将手术仿真系统运用到先心病的诊断中能够在超声心动图的基础上进一步显示出心脏内部复杂三维空间结构,并可以做出三维测量、手术模拟等辅助医生诊断和治疗的措施,将会是一个重要的发展趋势。本研究通过与上海儿童医学中心和新华医院合作,对如何将虚拟现实中的方法运用到小儿先天性心脏病的定性和定量诊断方面进行了一系列研究,目的是为医生提供更直观的视觉感受,并给出测量结果,提高诊断和预测的准确性和可靠性,使得超声图像这一无创伤性诊断方式在临床上有更大的应用。本论文详细论述了以下几个方面的研究工作:1.超声图像的滤波:超声三维测量系统的基础是超声图像数据的处理。本文采用各向异性滤波方案,对超声图像特有的speckle噪声进行了很好的抑制,而重要的信息(如解剖结构的强度和边缘)基本得以保持。2.超声图像的分割:超声图像的分割的目标是计算机自动识别心肌和心腔两种物质,为可视化做准备。分割的主体框架是无需重新初始化的水平集方法;为了提高水平集的演化效率、减少迭代次数,水平集的初始函数用模糊隶属度来确定;为了减少分割错误的发生,在水平集面积泛函中加入一个由模糊隶属度函数所控制的停止函数。分割结果显示,该方法能较好地得到心肌与心腔的分类。3.虚拟现实中的三维测量:三维测量系统的主要内容是虚拟现实中点的坐标获取,以及三维环境下距离和面积的测量。本文实现了三维虚拟可视化环境中的人机交互测量,对手术仿真系统作出了初步的探索。本文的研究对象有在上海儿童医学中心门诊或住院接受心脏超声检查的正常小儿20例,先心病患儿41例,离体猪心模型10例。