基于医学图像的个性化生物力学仿真，可以最大程度地忠实于病人的生理解剖结构，在治疗决策、预测医学和基于仿真的手术规划与导航中具有重要的应用价值。有限元分析技术作为个性化生物力学仿真的主要手段，目前面临的重要问题之一是需要花费大量的时间和精力来构建个性化的有限元模型。来自计算机断层扫描术(CT)和磁共振成像(MRI)的医学图像包含了丰富的人体解剖结构的几何和材质信息，应用生物医学图像处理技术、可视化和网格生成技术，使得基于医学图像的个性化建模成为可能。目前，对个性化仿真建模以及用于生物力学数值分析的有限元模型的研究已经取得了一定的进展，但是要完成从医学图像到直接可用于有限元分析的数值模型必须同时借助多种工具来实现，缺乏统一的建模工具平台，并且在建模过程中涉及到的关键技术也需要进一步研究，包括自适应的图像分割方法、六面体网格生成方法和多材质有限元建模等。　　 具体来说，本文的研究内容包含以下几方面：　　 (1)从软件设计的角度，利用若干开源工具包来设计和实现个性化有限元建模软件。通过整合医学图像处理、三维重建、三维可视化和有限元体网格生成等技术的数据流程，实现从医学图像快速构建人体器官组织的有限元模型。　　 (2)从图像处理角度，设计针对血管图像的自适应三维分割算法。改进了基于邻域相关性的扫描线算法，用于快速检测图像中目标的统计信息。提出了目标检测与分割算法相结合的三维分割框架，该框架可根据目标的局部信息生成优化阈值，并可自动处理切片中感兴趣目标的分叉情况。　　 (3)从有限元建模的角度，整合基于表面、体素和实体模型的有限元建模路线。从图像分割的结果出发，采用三维重建、表面优化和网格生成算法，建立表面模型，进而生成四面体有限元模型。实现了基于体素的六面体网格生成及其平滑方法。并进一步研究在分割阶段考虑有限元建模需求的多材质有限元模型构建方法。　　 (4)从生物力学仿真的角度，研究个性化有限元模型在生物力学仿真中的应用。构建胸主动脉瘤有限元模型，用于血流动力学数值仿真分析；构建包含脊椎、椎间盘、脊髓和肿瘤的多材质脊柱肿瘤有限元模型，并用于脊柱肿瘤的微波热疗温度场的手术规划。　　 综上所述，本文对个性化有限元建模及建模过程中的关键技术进行了研究。论文创新点在于：提出了一种自适应的三维图像分割框架，利用改进的邻域相关性扫描线算法自动检测目标分叉，并且采用分层聚类算法适应性地确定优化阈值，实现对目标图像的三维自动快速分割，该框架尤其适合于血管系统的三维分割；提出了基于体素的六面体网格生成及其平滑方法，并构建了包含脊柱的多材质六面体有限元模型，进一步就多材质的界面问题提出了在图像分割阶段考虑有限元建模需要的多材质有限元建模方法，解决了多材质界面的光顺性问题。在开源工具包基础上设计和开发了从医学图像到有限元网格生成平台，集成了自适应三维分割框架并提供了四面体和六面体有限元模型构建功能，为生物力学仿真及基于生物力学仿真的手术规划提供了一个建模工具和算法平台。