随着计算机断层投影技术、核磁共振技术的发展,基于断层数据的三维重建已经成为目前国内外的研究热点。利用三维影像进行立体结构形态以及定量化研究,已成为医学研究中一种重要的形态检测手段。脊椎测量作为人体测量的一个重要组成部分,在人类学、解剖学、临床医学、法医学、医疗器械设计、生物医学工程等领域有着广泛的应用。本文以脊柱和脊椎的医学理论为基础,以计算机可视化技术为工具,研究了脊柱和脊椎的三维重建,并科学计算了脊椎三维几何特征,主要研究内容包括:1.三维重建。对CT扫描得到的脊椎二维断层图像,首先采用中值滤波完成图像恢复。其次运用VTK和OpenGL完成脊椎的三维重建。采用Marching Cubes(MC)算法实现脊椎的面绘制,采用光线投射算法实现脊椎的直接体绘制。2.三角网格模型的简化。重建后的三维模型需要存储的三角面片数目较多,对模型显示、计算等方面都有影响。在分析已有简化算法的基础上,改进了一种基于离散曲率的边折叠网格简化算法,并用实验验证了该算法的简化效果。3.三维测量技术。介绍了三维交互观察、旋转、拾取等技术,并运用VTK实现了三维空间点的拾取。针对脊椎的几何特征,提出了一种测量椎管截面积的新方法,并用实验验证了该方法的可用性。给出了测量距离、角度、椎管截面积、椎管容积的方法,并以此为基础完成了脊椎的三维测量。4.本文设计并实现了脊椎三维重建与测量系统“SpineEditor”。该系统实现了CT数据读取,图像预处理,三维重建,网格简化,三维显示,三维交互拾取以及三维测量等功能。本课题得到国家自然科学基金项目“脊柱和脊椎三维几何形态统计模型研究”(60871097)的支持。