近年来，医学成像技术得到了迅猛发展，医疗信息技术也得到了很大的推进。比如CT断层扫描设备、MRI核磁共振成像设备、超声设备、数字血管成像设备、核医学成像等等。硬件技术不断的踊跃创新，软件技术也需要配合协同发展。以上这些成像设备要发挥其真正的医疗价值，就必须有配套软件来实现。目前基于二维断层扫描图像的三重重建技术已经兴起，因此，三维重建的研究工作也提上日程。目前医疗影像三维重建技术涉及到其它领域的技术，因为它是一个交叉学科，它要用到医学知识，计算机视觉技术，计算机成像技术，数字图像处理技术，人机交互技术等领域。但是随着医疗设备的发展，医学影像数据也越来越大，实时的绘制大量的数据场是一件非常困难的事，而且成像与图像处理模块也是需要进一步改进。本文针对以上问题，将算法的改进与GPU硬件加速相结合，取得了以下几方面的研究成果：1.提出了基于矩阵运算的Cutting Plane三维插值的方法。在多平面重建技术中，目前的一些三维插值方法很难再适应数据量日益增大的情况，基于矩阵运算的Cutting Plane三维插值方法算法结构简单，易于实现，最大的优点是基于矩阵运算的Cutting Plane三维插值方法算非常适合移植到GPU上运行，大大提高了运行速度。2.提出了基于区域统计信息的水平集分割方法。在医疗诊断过程中，医生很习惯想得到自己感兴趣的某个病体的外形，大小，面积。针对这个问题本文在GAC模型和C_V,模型的基础上进行了改进，提出了基于区域统计信息和水平集方法的分割算法并将其应用于三维空间平面成像的分割，能够有效的实现分割与提取。3.实现了极大数据量实时绘制的。由于数据量极大，仅仅依靠CPU来进行计很难实现实时绘制，本文引入了基于OpenGL Shader的GPU硬件加速方案，将大量的数据处理交给GPU来处理。因为GPU可以实现并行运算，处理数据的速度比CPU要快的百倍甚至上千倍。GPU的最大优势就是它的并行性。因此本文提出的一些算法最终都移植到了GPU上来进行通用计算，实现了大数据量的实时绘制与渲染。4.提出了友好的人机交互模型。本文针对人们日常的习惯，提出了一种三维交互模型—ArcBall模型。ArcBall模型基本思想是将二维的鼠标运动转化为三维空间的控制点的运动，该模型实现了三维重建系统中的人机交互机制，基本功能包括拖拽旋转，平移，缩放。使得人机交互变得随心所欲，得心应手。