骨科疾病种类繁多、专业背景复杂,且极易出现漏诊误诊情况。基于医学图像处理关键技术的骨科疾病计算机辅助诊断系统能够利用二维、三维可视化方式定位显示病灶位置区域、测量提供疾病诊断指标,从可视化视觉及定量指标综合角度辅助骨科医生进行诊断,对于提高骨科疾病诊断速率及准确率,减小病患痛苦,缩短疾病治疗时间具有重大意义。骨科疾病诊断方式依赖于医学图像,传统上医生通过借助二维医学图像找出病变异常,并在大脑中想象重构出其位置大小形状,这种诊断方式缺乏量化的定量指标,更没有利用到三维可视化信息,因此在诊断复杂、特征不明显的骨科疾病时极易出现误诊漏诊情况。为解决这一问题,本文设计开发了一款基于医学图像处理关键技术的骨科疾病计算机辅助诊断系统,为医生进行骨科疾病诊断引入定量指标量化信息及二维、三维可视化视觉信息。本文将常见的骨科疾病痛风及软骨组织缺损作为研究对象,对计算机辅助痛风诊断及软骨缺损诊断过程中涉及的医学图像分割算法、医学图像配准算法及医学图像可视化算法等关键技术进行研究。本文主要研究内容如下:1)针对骨科医学图像难以用单一方法分割提取感兴趣区域问题,研究了医学图像组合分割方法。提出一种基于边缘、阈值及形态学运算的软骨分割算法,为后续软骨配准融合处理创造条件。提出一种骨质与尿酸盐结晶区域分割算法,通过阈值分割、区域增长及逻辑回归组合方法解决骨质与尿酸盐结晶难以区分问题。为提高痛风诊断的准确率,介绍了一种基于三维体分割及区域标记的尿酸盐结晶伪影去除算法。2)为解决骨科疾病医学图像可能空间位置不一致问题,提出一种基于体特征点选取及Powell的图像配准方法。通过黄金分割法的线性搜索策略结合Powell算法优化找到了最佳空间变换参数,使待配准图像之间的归一化互信息最大,从而保证二维空间位置一致。体特征点选取采用交互方式,将其屏幕坐标映射为三维数据场空间坐标,并以数字化骨库中完整软骨模板的体特征点与对应待诊断软骨图像的体特征点之间的欧式距离和为目标函数,通过奇异值分解计算出目标函数最小时的浮动图像空间变换参数,从而对齐待诊断软骨图像序列与完整软骨模板序列中像素点的空间位置。3)为给予充足信息依据辅助骨科医生进行疾病诊断,提出基于可视化技术及定量指标计算的骨科疾病辅助诊断评估方法。可视化技术中的三维可视化借助于改进MC的三维重建算法实现,可以同时对多个对象进行重建,同时利用快速成型技术可实现三维模型实体视觉评估。设计了一种基于可视化技术及定量指标计算的痛风辅助诊断评估方法,定量指标计算可获得尿酸盐结晶总容积信息,三维可视化可提供骨质与尿酸盐结晶的位置形状等视觉信息,辅助医生进行痛风诊断。设计了一种基于二维及三维可视化的软骨缺损辅助诊断评估方法,借助可视化方式显示包含内部结构的软骨缺损区域及三维模型图像以及3D打印出的实体三维模型辅助医生进行诊断。4)为实现骨科疾病辅助诊断功能并验证其有效性,本文自主开发设计了一款骨科疾病计算机辅助诊断系统。该系统包含五大模块,可完成医学图像输入输出、算法处理,效果展示等多项功能。通过该系统能实现痛风辅助诊断功能和软骨缺损辅助诊断功能,同时还可修改扩展实现其他骨科疾病辅助诊断。实验结果表明,本文软骨组织分割算法、骨质与尿酸盐结晶分割算法、尿酸盐结晶伪影去除算法、二维及三维图像配准算法及可视化相关算法效果良好;本文开发的系统可应用于临床痛风及软骨组织缺损辅助诊断评估,提供充足依据辅助医生进行诊断。