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本文对医学图像分割中主动轮廓法的模型化进行了研究。主要内容包括：
1.提出了在三维空间中构造二维平面上图像外力场的eSnake模型。Snake模型的核心问题是图像外力的构造，避免Snake曲线陷入噪音点和虚假边缘形成的局部极值点是此项研究的难点。论文研究了基于静电场构造图像外力模型的方法：在图像平面之上构造一个模板平面，把图像像素视为点电荷，通过其在模板平面上产生的电场强度来得到全局性的图像力场。这种构造的突出优点是：通过调节图像平面和模板平面之间的距离，可以使Snake曲线摆脱噪音点和虚假边缘的吸引；图像吸引力范围大，使Snake初始化轮廓线的设置更为自由。
2.引入了eSnake扩展模型及其快速算法，并研究了基于eSnake模型的平滑滤波技术。(1)扩展模型突破了库仑定律的限制，将外力定义为与距离的任意正实数次幂成反比关系，并给出了外力作用范围的定义域，可以比较容易地得到特定形式的外力场分布，增加了对Snake曲线演化的操控性。(2)研究了使用几何模型方法——模板方法提高势场计算速度的可能性，采用预先计算好的距离函数的数据模板，将eSnake模型电势场的计算效率提高5倍左右。(3)经过分析指出eSnake及其扩展模型的工作原理类似于焦点在无穷远处的凸透镜，贡献在模板平面上的势场反映了所成的实像，由此实现了一种具有物理意义的平滑滤波器。通过改变图像平面和模板平面的距离，可以方便地控制滤波效果。
3.提出了两种基于气球膨胀模型的Snakes多目标分割算法。为了改善当前算法复杂而难以实现的状况，论文为模拟气球在有限空间内的膨胀过程建立了具体而简明的物理模型，以进行Snakes多目标分割。(1)通过使用一个燃烧区域滞后跟踪作为动态防火墙的Snake曲线的运动，给出了停止曲线演化和合并燃烧区域的新方法，由形成的连通区域的边界可提取出对应于各待分割目标的子Snake曲线。这种一次性提取所有子Snake曲线的技术具有原理明确且实现简单的特点。(2)使用两个燃烧区域跟踪Snake曲线的演化，其中一个区域给出Snake曲线演化的停止条件，另一个用于得到合并的区域，由此可逐个提取待分割目标的子Snake曲线。
4.发展了使用模板进行水平集窄带内符号距离函数快速构造的新方法，并进行了基于eSnake模型的几何主动轮廓法多尺度分割，和使用Snake方法优化分割结果的应用研究。(1)几何主动轮廓法中水平集符号距离函数的构造耗费大量的计算时间，而目前所采用的快速算法不够精确或不容易实现。论文设计了一个到中心点距离已知的几何模板，在零水平集轮廓线上移动此模板，通过比较可直接给出窄带内的精确符号距离函数并定义窄带。与直接计算法相比，此方法可提高计算效率几十倍。(2)采用eSnake模型滤波器进行多尺度平滑和分割，使几何主动轮廓法的窄带算法只提取出待分割图像的显著目标。(3)为改善几何主动轮廓法对模糊边缘的分割效果，在大尺度下用窄带算法提取边缘后再使用Snakes模型进行轮廓优化，取得了较好效果。