借助于导管进入人体血管病变部位进行治疗的血管微创介入手术是现代医学治疗方式的一项革命性突破,它具有传统外科手术无法比拟的优点,即手术出血少,创伤小,愈合期短等。目前,临床中普遍采用X射线与造影剂获得的二维导航图像作为介入手术插管过程中导管的导向依据。由于其缺乏交互性及三维直观感,对医生的操作技术要求过高,错误和重复的操作使得导管不易导向的同时,还会进一步损伤血管。在前期工作基础上,本文改进了漫游导航路径规划算法和手术导航方法,增加了碰撞检测技术,并将这些关键的功能模块进行集成,完善了辅助主动导管定位与导向的三维可视化导航软件系统。研究了三维物体中心线的提取方法,详细论述了基于距离变换方法和梯度场方法实现物体中心线提取的过程。针对前者提取出的中心线存在连通性较差的问题,在物体距离变换的基础上用梯度场方法使其得到成功的解决,并通过中心线提取实验进行了验证。在提取出的血管三维模型中心线上选择起点和终点,用简单高效且易于实现的Bezier曲线对其进行平滑生成漫游导航路径,然后沿平滑后的路径控制虚拟相机进行虚拟内窥漫游,做术前规划。采用基于OBB层次包围盒的碰撞检测算法,研究了OBB层次包围盒的固有特性,通过构建OBB和OBB层次包围盒树、包围盒间以及基本几何元素间重叠测试等技术,实现血管微创介入手术图像引导导航过程中主动导管及血管三维模型间的碰撞检测。检测过程具有良好的实时性和精确性,不仅增强了手术三维虚拟环境的真实性和沉浸感,并且对主动导管导航有着极其重要的辅助作用。利用电磁三维位姿跟踪系统对主动导管进行术中定位。基于最近点迭代算法,对实际的物理空间(病人空间)和三维图像空间进行坐标变换,实现两者之间的配准。通过采集位于主动导管端部的传感器的信息,在三维图像上实时地显示导管端部位姿。医生根据图像显示的各种交互信息,如导管与血管模型不同角度的三维视图及碰撞检测反馈信息等,控制主动导管的导向,使插管过程快速、准确地完成。