肾功能评价是肾脏疾病诊断和治疗过程中的一个重要环节。目前临床普遍采用的肾功能评价方法是生化检验法和核素扫描法。生化检验法的主要不足在于无法测定单侧肾功能；核素扫描法影像分辨率低,且患者需接受核辐射。本文主要研究基于多期CT和MR影像评价肾功能的模型和自动分析方法。基于CT或MR影像评价肾功能,不仅可以获得单侧肾功能测量值,同时可以得到高分辨率的解剖结构影像,具有较好的临床应用前景。本文以基于三维医学影像的肾脏滤过模型及自动化的肾小球滤过率(GFR)测量方法研究为核心,充分分析现有模型的原理及实现方法,并与医院合作进行数据实验。在基于CT影像的GFR测量模型研究中,本文分析了Patlak二室模型的主要原理和方法,并基于该模型进行患者数据实验；之后讨论了考虑间质空间的三室模型方法。同时,本文研究了目前基于MR影像测量GFR的主流模型,详细分析了基于脉冲驻留函数(IRF)的三室模型及求解方法,并结合实验数据进行结果评估。在分析讨论现有模型优势和不足的基础上,本文提出一种改进的GFR测量模型,即在Patlak二室模型的基础上,引入血管房室的脉冲驻留函数,更精确地描述血管房室的对比剂浓度变化,提高模型的计算精度。围绕GFR测量模型的实现,本文提出了基于CT和MR影像的GFR自动测量方法,主要研究肾脏的自动定位及分割提取,包括皮髓质的自动分割方法。该自动化的测量方法简化了医生的操作,使得测量模型在临床中的实际应用成为可能。研究过程中,结合医生的临床诊断需求,本文提出了一种将CT序列扫描影像中的感兴趣区域(如肾脏或结石)融合显示到CT定位片上的方法。该方法可以弥补CT定位片无法将肾脏清晰显示的不足,生成一种新的符合医生诊断习惯的影像。本研究进行了25例患者的CT扫描实验,并利用Patlak二室模型进行自动化分析方法及人工方法的GFR测量,其结果与Cystatin C的测量结果进行比对,实验表明自动化分析方法与金标准的相关性为0.8029,自动化分析方法与人工分析方法的相关性为0.9518。本研究进行了6例模型猪12个肾脏的MR扫描试验,分别利用Patlak二室模型、基于IRF的三室模型以及本文改进的模型进行GFR测量,其结果与核素扫描的GFR测量结果进行比对,三种模型与金标准的相关性分别为0.8136,0.8392,0.8168。实验表明,基于多期CT影像及Patlak二室模型的自动化GFR测量方法效率高,完全可以替代手工测量方法,有非常好的临床应用前景。该方法对于预测肾脏切除术后或由于肿瘤等进行肾脏部分切除术后剩余肾脏的肾功能水平,有较大的临床应用价值。理论分析及实验表明,本文提出的改进的GFR测量模型由于在Patlak二室模型基础上引入了血管房室的脉冲驻留函数,可以减小由主动脉对比剂时间浓度曲线来代替肾脏血管房室对比剂时间浓度曲线所引起的误差；同时,改进的模型实现简单,无需对肾脏的皮髓质进行精确分割,可以减少由分割误差带来的影响；相对基于IRF的三室模型,该模型参数较少,易于求解。