组织工程是综合利用生命科学和工程学的基本原理和技术,以人工合成或天然生物材料为载体,整合分离的种子细胞,在体外预先构建有生命的种植体,然后植入体内,以修复组织缺损,替代或重建器官的结构,维持或改善组织器官功能的一门新兴边缘学科。组织工程研究主要包括支架材料,细胞生物学,生物医学性能与安全性评价等方面的内容。本文立足于组织工程学中图像处理及新型的快速成型技术的研究。涉及细胞图像分割、细胞组织形态的分析以及图像表面重建等,具有客观性强、重复性好、量化指标准确的特点;同时针对组织器官的修复和再生,把CT图像序列三维重建与快速成型相结合,提供组织三维形态模型的构建。基于上述的技术需求,本文的研究工作及创新点如下:1、组织细胞的分割方法在常规医学图像分割方法的基础上;针对不同的应用,对于培养细胞,分别提出了三种不同的分割方法。提出了基于裁剪技术的算法,该方法主要采用阈值技术适用于细胞颗粒清晰饱满的情况,具有良好的效果。该方法通过对二值图像进行各种逻辑运算来实现图像区域的分割。通过实验,显示该技术对去除附着于细胞体周围的背景区域,分离多个相互粘连的细胞体是有效的。对于细胞边界较模糊、颗粒不太清晰的情况,采用综合的分割方法,如CANNY边缘检测和多尺度小波方法相融合,提高了边缘检测的准确度。该方法首先用基于Mallat小波模极大值的尺度独立边缘检测方法,结合Canny和Marr算子,利用不同的权值实现细胞分割。该方法对于边缘不清晰的细胞具有良好的分割效果。提出了定点snake活动轮廓方法,在半自动获得初始轮廓的基础上,利用可确定的图像点,加快轮廓的收敛速度,在速度和准确度上取得良好的效果。该方法首先利用基于小波的尺度独立边缘检测方法;然后采用形态学和样条拟合方法得到的单像素的边界作为snake算法的初始轮廓,最后通过迭代和结合图像固定点的外部约束力使轮廓收敛至最终的边界。2、序列图像分割方法利用切片图像近邻性和相似性,提出了基于活动轮廓的图像序列分割算法;基于Mumfold-Shah模型的C-V方法获得首张切片精确边界的基础上,采用参数形变snake模型进行切片序列的自动分割,加快轮廓的收敛速度。针对分割中出现的“泄漏”现象,提出了利用切片图像的相似性加速活动轮廓收敛的方法,并定义一个轮廓相似度判断是否重新初始化轮廓。该方法能够很好地实现序列图像的半自动分割,充分利用了活动轮廓的参数形变和几何形变的优点,提高了轮廓的收敛速度。利用几何形变拓展性强的特点来保证初始轮廓准确度,应用参数形变来加快收敛速度,从而最大程度减少人工参与。3、基于分割的三维可视化提出了一种基于二维分割的NMC*(New Marching Cubes)算法,来实现数据集的体视化。利用序列分割时进行数据检测保存的与等值面相交的立方体信息进行表面跟踪,减少了数据的重复检测,有效地缩短了算法的运行时间,同时对三角面片之间的公共边等冗余信息进行简化共享处理,节省了数据的存储空间,提高了算法的效率。4、快速成型技术研究了快速成型技术与组织器官再造的关系,特别是骨组织工程。讨论了STL文件的优化,利用三维重建技术构造组织工程的缺损器官,为组织器官的修复提供实体模型。最后展示了一个颅骨修复的实例,在得到修复部位STL文件基础上,利用成型设备构造了一个颅骨缺损的实体。本文涉及到的图像处理技术对组织工程学起着重要的作用,几乎覆盖组织工程的多个方面。对计算机辅助组织工程应用前景进行了讨论,具有一定的指导性和前瞻性。