骨关节炎属于关节软骨病变，临床表现为软骨退行性变性和消失。骨关节炎发病年龄最早可从20岁开始，发病初期大多数无明显外部症状，一般不易发现。骨关节炎的患病率随着年龄增长而增加。按照国外的统计预测，到2020年人口中患有骨关节炎的人数比例将达到18％左右。我国仅在老年中的骨关节炎患者就可达5千万左右。骨关节炎已成为导致工作能力丧失的第二大因素，仅次于缺血性心脏病。医学临床上，医生往往通过患者出现的疼痛、关节响声和关节产生畸形等症状，或是利用二维图像(X光影像等)对患者进行关节炎病情诊断。由于在关节炎的发病过程中，关节软骨会产生磨损，现代医学界根据其不同磨损程度将关节炎划分为不同等级。随着影像技术的发展，通过核磁共振图像测定的膝关节骨关节炎患者的关节软骨厚度以及对软骨进行的形态描述已经成为骨关节炎诊断和治疗中广泛使用的生物标志。对关节软骨厚度及体积进行测定、对比不同时间关节软骨厚度的变化，可以直接诊断骨关节炎的发病程度并以此对相关药物的治疗效果进行评估。　　本文的研究目的是通过图像分割和图像配准的相关技术的研究，研究利用膝关节核磁共振图像计算和对比软骨厚度的方法。在对不同时期人体膝关节软骨组织核磁共振图像进行图像分割提取后，分别计算软骨组织厚度和体积；在对软骨面进行配准的基础上，比较不同时期软骨组织厚度和体积变化，然后对软骨厚度及其变化进行可视化处理，为关节手术导航和相关治疗药物评价提供依据。　　在利用膝关节核磁共振图像计算软骨厚度辅助骨关节炎诊断时，首先需要将软骨数据从图像中分割提取。传统的二维图像分割和提取方法不能充分利用扫描图像断层之间的关系信息，使得分割结果存在较大误差；已经出现的三维图像分割方法大多存在着时间耗费较大、计算复杂度高以及不易实现等缺陷。对此本文利用三维图像梯度向量流场的B样条变形模型来分割提取软骨组织表面；在对膝关节核磁共振图像进行边缘分割后，得到了边缘图像。由边缘图像得到其所对应的梯度向量场，初始化B样条曲面在梯度向量场的作用下，逐渐向软骨组织表面(边缘)靠拢，并收敛于软骨组织表面，从而提取了软骨表面。对软骨图像进行分割后，本文将 B样条变形模型方法和排水量方法(water displacement)进行了比较，验证了文中采用方法的准确性。　　在骨关节炎发病过程中，软骨在厚度在一定时期内的变化属于局部范围的，而不是整体的，所以利用核磁共振图像来诊断和追踪不同时期软骨病变时，需要将不同时间扫描所获取的图像进行精确配准，从而对比软骨在局部范围的厚度变化。配准技术的准确性在计算软骨厚度变化辅助骨关节炎诊断中占有十分重要的位置。　　作为三维配准传统算法的迭代最近点算法存在着局部收敛、收敛速度慢、鲁棒性较差、迭代终止阈值难以设定等方面的缺陷，本文在分析了迭代最近点算法基础上，对这些缺陷分别给出了相应的改进算法，提出了一个改进的迭代最近点算法。　　目前文献中出现的三维图像配准方法没有从理论上解决算法局部收敛的问题，这大大限制了配准技术在实际中的应用。本文在对三维配准问题的目标函数和参数进行分析后，给出了基于六维的搜索空间的全局配准方法。该方法运用了李普希兹(Lipschtz)优化方法，通过对旋转和平移所组成的六维空间进行搜索，得出了三维图像配准问题理论上的全局最优解。该算法弥补了迭代最近点法等算法可能出现局部收敛的不足，分析结果表明该方法具有更高的准确度，配准精度满足计算软骨厚度变化的要求。　　本文最后给出了关节软骨厚度的计算方法(散乱点法线方法)，并采用了立体摄影技术验证了算法的有效性。在对若干人体膝关节和猪后腿膝关节核磁共振图像进行配准后，将膝关节关节软骨厚度变化进行了可视化处理，并对配准方法在计算速度、配准结果等多方面进行了比较。同时本文利用对代表软骨面的点集进行抽样处理，探讨了膝关节软骨厚度计算及变化对比时对核磁共振图像扫描精度的要求。