人工关节置换是现代医疗常见的重要外科手术。通过医学图像对人工关节进行三维重建，可以在手术前帮助医生对关节组织进行直观地分析和定量研究，从而制定精确的医疗计划，选择最匹配的假体；也可以在手术后观测假体与骨组织之间的缝隙，计算假体与骨的接触面积，判断假体的稳定性。因此，高精度的三维重建对人工关节假体置换有着十分重要的意义。本文的主要工作是对人工关节进行高精度的三维重建，其中层间插值方法研究是本文的重点。首先回顾了几种典型的层间插值算法，介绍了这些插值算法的基本原理，分析了它们的优点和存在不足。在这些层间插值算法的基础之上设计了相应的改进算法，论文的主要工作包括：1.针对现有层间插值易出现边界模糊的问题，提出了一种新的基于形状的灰度插值算法，算法以形状插值为基础，将插值点与区域轮廓的空间对应关系应用到寻找控制点中，并结合区域灰度均值进行灰度插值。实验结果表明，该算法提高了插值图像的质量。2.根据断层扫描医学图像中人体组织结构特征，结合像素之间的相关性，设计一种对应像素分类的层间插值算法。利用对应像素的相似度对插值点进行分类，对不同种类的插值点选用不同的插值算法进行插值。实验结果表明，该算法能够较好地保留了组织结构特征，同时大幅度减少了算法的执行时间，提高了图像的插值精度和插值效率，三维重建效果有明显改进。3.对三维绘制算法进行研究。针对人工关节三维重建的需要，对相关算法进行实验对比分析，选择出适合人工关节三维重建的绘制算法。最后利用上述技术，在VC++6.0的环境下，采用基于VTK(VisualizationTool Kit)和OpenGL的开发模型，设计并实现了人工关节三维重建系统。