生物力学的灵魂是应力与生长,功能性适应则是生物力学普遍规律。本文对体外培养软骨组织及支架应力特性的研究,是从微观角度来研究应力环境与体外培养软骨组织的关系及其力学-生物学转导机制。近年来,软骨组织工程研究发现,体外培养脂肪干细胞在一定生长因子诱导下,可以转化为软骨细胞,给软骨组织工程提供新的种子细胞。随着组织工程技术不断进步,为临床提供一种全新的治疗关节软骨缺损研究方向。利用计算机获得软骨组织三维仿真模型,不仅在影像角度实现了软骨组织三维可视化,还可利用仿真模型进行软骨组织力学特性仿真研究,对软骨组织工程修复与再生有重要意义,可以为软骨组织生物力学方面的研究工作提供方便。本文主要探究的是软骨组织三维模型应力分析的两个关键技术,应力分析和图像三维重建。本文以中国医科大学骨科实验室探究体外培养软骨组织及支架应力特性的实验为背景,通过对实验深入调研及基础理论的学习,利用医学图像处理、计算机仿真及软件工程技术,设计并实现了软骨组织三维重建及应力分析系统。本文采用直方图均衡化、中值滤波及形态学滤波算法对图像预处理,采用基于SIFT图像拼接算法,Ray Casting算法,实现图像拼接和三维绘制功能。本文设计的系统主要功能模块包括基于软骨组织切片图像的三维可视化模块和软骨组织及支架应力分析两部分。其中,三维可视化部分包括断层图像获取与输入、图像滤波与增强、图像拼接、断层图像插值及三维可视化等模块；而应力分析部分包括实验数据获取与输入、绘制数据散点图、数据曲线拟合等模块。此外,分别对上述功能模块及系统整体进行了一系列测试。本文软骨组织三维重建及应力分析系统是在Visual Studio 2010平台下,利用图像分割与配准工具箱(ITK)和可视化工具箱(VTK),采用C++程序设计语言编程实现。本文测试数据来源于中国医科大学骨科实验室提供的人工软骨组织激光虚拟断层图像、软骨组织应力数据。测试结果分析表明本文算法和方案达到设计要求。