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CT、MRI、PET等体层成像技术的快速发展使得其在临床上的应用越来越广泛。这些成像技术产生的图像，分辨率越来越高、数据量越来越大，在给临床诊治带来便利的同时，不仅向多维可视化技术提出了更高的要求，也产生了一些新的需求，如多模医学图像融合、基于图像处理的定量分析、计算机辅助诊断等。 针对医学图像可视化的临床需求和实验室已开发的可视化组件MedViewCtrl存在的不足，本文在深入研究多模医学图像可视化关键技术和冠状动脉疾病计算机辅助诊断技术的基础上，为可视化系统增加了直接体绘制、曲面重组等可视化方法和多模医学图像融合、医学图像3D分割以及基于图像的定量化诊断等功能，并对可视化组件的重建速度和内存管理进行了优化，使得可视化组件的功能和性能都有了较大的提升。具体而言，本文在多模医学图像的多维可视化与基于图像的计算机辅助诊断方面完成了以下方面的工作： (1)系统研究了目前常用的医学图像可视化关键技术，设计了不同模式图像不同部位的体绘制协议。在可视化组件现有功能的基础上，增加了直接体绘制、多容积动态MIP、曲面重组、感兴趣容积(VOI)重建等可视化方法，进一步完善和扩展了可视化组件的3D可视化功能。 (2)研究了不同模式医学图像的配准和融合方法，设计了多模医学图像多平面融合的实现方案并将其集成到可视化组件中，有机地将解剖图像和功能图像叠加在一起进行任意平面融合显示。对于多模态分子影像PET/CT图像，还研究了标准摄取值(SUV)的测量技术。 (3)研究了大数据量医学图像体绘制的加速技术，将GPU硬件加速技术应用到体绘制临床实践中，实现了2D纹理映射体绘制、3D纹理映射体绘制和基于CUDA的光线投射体绘制，并对这几种硬件加速体绘制技术和CPU光线投射体绘制方法进行了评估和对比，同时还研究了高端CT(128排CT，能谱CT等)的4D可视化技术。结果表明，基于CUDA的光线投射体绘制方法的整体性能最好，绘制速度较CPL，提升了10倍左右，能够实现多容积CT图像3D可视化结果的实时动态显示。此外，还对可视化组件的内存管理进行了优化，使其能够重建的CT切片数量从400幅提升到1450幅左右。 (4)分析了目前常用的冠状动脉钙化斑块检测技术及其优缺点，提出了一个由四个检测分类阶段组成的冠状动脉钙化斑块检测方案。该方案以对比增强型心脏CT三维重建为基础，将22个特征进行分组，每个阶段采用不同的特征组合来实现不同的检测目标。测试结果表明，对每个病例是否含有冠状动脉钙化斑块进行检测的阶段3可取得敏感性96.88％、特异性91.30％和准确率94.55％的检测性能，对每个冠脉分支(LM、LAD、CX、RCA)是否含有钙化斑块进行检测时(阶段4)，其最高平均敏感性、特异性和准确率分别为81.50％、84.72％和84.09％。