随着人类健康水平的不断提高,单纯基于医学影像的病变解剖学评估,已不能完全满足冠心病患者对精准医疗的需求。动态的冠脉造影影像除了直观反映冠脉的整体形态结构及病变的狭窄程度,还蕴含着血流动力学及动态形变的生物力学等功能学信息。本文针对冠脉斑块破裂、冠脉支架断裂、以及心肌缺血评估等临床问题,利用冠脉造影影像,结合图像处理、计算力学,创新性地提出相应的动力学计算模型,旨在阐明上述临床问题的生物力学机制,并为患者个体化功能学评估提供方法学支撑与理论依据。本文主要的研究内容和结论如下:首先,本文提出一种从动态造影中提取冠脉管壁的全局位移场载荷来计算浅表壁动力学的计算模型。并通过对32个具有相同管腔形态的理想化狭窄模型和16例冠心病患者病例的分析,验证了本方法的必要性和准确性。理想化模型分析表明,与力法加载法的有限元分析相比,我们的浅表壁动力学方法,不需要知道斑块内部成分及外在血压,仅根据浅表壁的形变场即可准确计算浅表壁应力（superficial wall stress,SWS）;并且证实心脏收缩引起的血管弯扭变形明显增加了SWS。斑块越软、斑块负荷越大与纤维帽越薄等特征可增加SWS。实际患者病例分析表明,仿真计算获得的冠脉管腔与基于造影几何重建的管腔相比具有很好的形态相似性;应用Procrustes分析量化评估两者血管中心线的相似性,双参数结构表明两者高度吻合,即缩放比例:0.995±0.018;不相似度:0.007±0.014。此外,最大SWS发生在斑块近端肩部的比例为56%（9/16）,与临床上斑块破裂大多数发生在狭窄近端的现象一致。其次,利用上述已验证过的浅表壁动力学方法,对筛选出的两例多支血管病变在基线时的非靶血管且后期发生急性冠脉综合征进行分析获取SWS分布,结果表明在收缩末时前降支病例的狭窄远端肩部,回旋支病例的狭窄近端肩部出现SWS集中,分别为121.8 KPa和98.0 KPa;并且分别与6个月和18个月后发生急性冠脉综合征时行光学相干断层影像观察到斑块破裂的位置十分吻合。此外,这两支血管的SWS峰值明显高于其邻近正常参考段,并且后者与正常血管的SWS峰值非常接近。然后,基于上述已验证过的浅表壁形变场,提出了一种新的冠心病患者个体化的术后即刻冠脉支架在体动应力和疲劳断裂风险评估计算模型。通过一例带心电图的右冠脉病例作为代表示例,展示了可降解支架动应力在心动周期中变化趋势。并且分布对两组仿真实验（即同一种类型的支架植入4支不同冠脉、3种不同类型的支架实际或虚拟植入同一动脉）进行支架动应力分析和Goodman疲劳量化分析。结果表明靶血管的铰链运动是冠脉支架应力的主要外在因素,可增加疲劳断裂的风险。相比于不锈钢材质的Taxus和Xience支架,较高强度钴铬合金的Resolute支架,其疲劳安全系数的倒数值较小,降低了断裂风险。其中,一例典型的钝缘支病例分析表明,支架应力集中的位置和疲劳安全系数倒数中的“不安全”区域,均与植入13个月后随访造影观察下的完全横向断裂位置相吻合。最后,实现了一种基于管腔表面变形的冠脉斑块单向流固耦合计算模型。利用该方法对不同分组的斑块性质、动脉重构、狭窄长度、直径狭窄率的冠脉斑块理想化模型,模拟人体最大充血状态分析斑块的力学生理学参数（共54例）,包括血流储备分数（fractional flow reserve,FFR）和最大SWS等。通过一例狭窄长度10mm、50.0%直径狭窄率、无重构的脂质斑块展示了心动周期中SWS、血流速度及压降的瞬态结果。由于管腔形变大,脂质斑块的FFR（0.81±0.15）轻微高于纤维斑块（0.79±0.16,P=0.001）和钙化斑块（0.79±0.16,P=0.001）。在中度狭窄病变,不同性质斑块之间FFR差异最大。此外,以30.0 KPa和0.80分别作为最大相对SWS和FFR的截断值判断斑块稳定性和致心肌缺血,提出了以这两种指标组合的四类风险等级次序:轻中度狭窄的硬斑块及低负荷的脂质斑块（类型A,非缺血且稳定斑块）<轻中度狭窄但中高度负荷的软斑块（类型B,非缺血且非稳定斑块）或重度狭窄的硬斑块（类型C,缺血且稳定斑块）<重度狭窄且中高度负荷的软斑块（类型D,缺血且非稳定斑块）。综上,本文基于冠脉造影提出了浅表壁动力学计算模型,能准确呈现在体冠脉的变形行为而获得动态的浅表壁应力,对评估冠脉斑块破裂风险具有潜在的应用价值;基于冠脉变形的冠心病患者个体化的术后即刻冠脉支架在体动应力计算模型和疲劳断裂风险评估可为结构局部增强新型支架的优化设计提供指导意见;以及基于管腔变形的冠脉斑块单向流固耦合计算模型,能同时评估易损性和致潜在缺血,进而定义斑块四类风险等级次序,从而为临床导管室对病变的优化处理提供理论参考。因而,本文对揭示上述临床问题的生物力学机制、开发新的诊断评估工具及研发新型支架等方面具有一定的应用价值。