旋转冠状动脉造影是近年来问世的心脏成像技术，它能在几个心动周期内采集几十乃至上百幅不同角度的血管造影图像，由于它能够为冠心病诊断提供更多的临床信息而备受医生青睐。针对这一造影序列的医学图像研究也被提上议事日程，三维血管重建算法就是其中热点之一。但因为该重建问题涉及复杂的心脏运动，使得目前亟需一种直观的量化手段来促进算法的研究和评估。为此，本文将建立一个X射线旋转冠状动脉造影的模拟系统，利用真实数据重建心脏动态模型，并将其用于旋转冠状动脉造影的模拟。因此，本文的研究内容主要分为三部分：心脏静态模型重建，冠状动脉运动建模和X射线旋转造影系统模拟。 心脏多层CT(MSCT)利用心电信号门控技术，能够提供一个心动周期内具有较高时空分辨率的体数据序列，它们既可以显示心脏的解剖结构，更能够反映心脏的运动状况，这为心脏动态建模创造了条件。因此，本文利用心脏MSCT数据序列，实现了一套完整的从图像序列到动态模型的冠状动脉运动建模方法。 首先，分别考虑MSCT数据冠状动脉和心腔分割，重建病人特异性心脏静态模型。根据MSCT数据特点，我们提出一种冠状动脉中轴跟踪算法。从人工给定的种子点出发，将中轴点沿血管走向逐一被跟踪提取出来。算法借助局部血管模型，利用几何矩迭代逼近血管重心并估计血管局部半径，使用多尺度Hessian矩阵特征值分析估计血管局部走向。为了提高中轴提取算法的自动化程度，我们设计了一套完整的中轴跟踪流程，采用包括多尺度血管结构滤波算子、跟踪步长自动设定、跟踪终止检测、分叉点检测以及中轴线自动连接等多项技术。接下来，利用提取的中轴线和血管局部半径，在沿中轴线的一系列小体积中采用三维分水岭算法分割出血管区域。对于心腔的分割，由于缺乏先验形状约束，其分割主要依赖于交互式分割平台，采用手工或半自动方法分割四个心腔及主动脉。这样就完成了心脏静态模型的重建。 接下来，利用从MSCT序列各时刻数据中提取的冠状动脉血管，重建冠状动脉树运动模型。为配准每两个相邻时刻的血管中轴，我们提出一种基于特征点约束的中轴匹配算法，对冠状动脉运动参数进行估计。由于冠状动脉在运动过程中极少改变其拓扑结构，所以血管开口及分叉等重要特征点应该在配准过程中保证匹配关系。因此，算法引入这些特征点约束，以保证配准结果的准确性和合理性。利用确定性退火法优化配准能量函数，估计匹配点集之间的匹配度矩阵以及运动变换参数。实验结果表明该算法能够保证较高的中轴匹配精度。接着，利用配准算法估计的血管运动参数，对运动轨迹进行插值，获得两个相邻时刻间的血管中间状态，重建冠状动脉运动模型。文中给出了四个不同病人的冠状动脉运动模型，通过与已有冠状动脉运动分析结果的比较，这些动态模型能够反映心跳运动的共有特征，逼真地重现冠状动脉的运动。 最后，根据真实旋转造影系统的成像几何结构，建立虚拟成像环境。利用距离驱动的投影算法计算锥形束投影图像，并借助基于GPU的通用计算技术，将距离驱动的投影算法改进为GPU加速算法，在加快计算速度的同时保证了浮点计算精度。为了增强冠状动脉造影模拟的真实感，我们又采用MSCT原始数据模拟造影图像的背景，采用血管动态模型模拟注射造影剂的血管。实验结果表明模拟成像结果具有较高的逼真性，能准确地反映冠状动脉的运动状态。