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心血管疾病是全球的头号死因。据估计,2008年约有1730万人死于心血管疾病,占全球死亡总数的30%。在我国,心血管疾病的死亡顺位排名第一,且死亡率高于欧美国家4-5倍,严重危害患者的生命和健康,给患者及其家庭和社会带来沉重的医疗、’经济和社会负担。数字减影血管造影术(Digital subtraction angiography, DSA)和计算机断层扫描造影术(Computed tomography angiography, CTA)在心血管疾病的早期筛查、临床诊断、术前预测和术后评估等方面正发挥重要作用。然而,目前DSA和CTA仅能提供血管的结构信息(如狭窄、膨胀、堵塞等),无法提供定量化的血管功能信息(如血流速度、压力和剪切应力等)。基于DSA和CTA影像,本文分别提出了一种血流动力学的模拟仿真方法,并利用临床数据验证了方法的可行性和有效性。首先,基于二维DSA数据进行形态学上的图像预处理,包括感兴趣区域的分割与提取,坐标变化,将三种计算流速的数学模型应用到实验对象中,获得血流的相对流速,并又将光流法应用于幻影数据中讨论分析其加权、迭代以及各参数设置对结果的影响；然后,利用3D图像生成及编辑处理软件MIMICS从三维CTA影像数据提取冠状动脉,建立三维几何模型,导入到有限元分析软件ANSYS中划分网格,设定边界条件后求解控制方程,获得血液流速、压力、壁面切应力等参数的分布。利用这种仿真方法,比较了稳态与瞬态情况下的结果,狭窄区域修复(又称为仿真干预)前后的结果；最后,通过CT数据计算了冠状动脉血流储备分数(Fractional flow reserve based on CT, FFRCT),并与临床上利用压力传感器导管测量的结果进行了比较。结果表明,DSA：三种计算结果收敛,相对速度差异不大,并且改进后的光流法相对于其他未改进的三种方法计算速度、精度以及对噪声的鲁棒性都有可观的提高；CTA：(1) ANSYS计算结果收敛,且与网格尺寸无关；(2)稳态和瞬态：稳态情况下,各参数计算结果的分布趋势相同,数值由设定入口速度决定。稳态和瞬态的计算结果明显不同,瞬态结果收到前一时刻影响。(3)血流速度：在狭窄处血流速度提高,二次流向狭窄内壁处有高速流场；修复后狭窄处血流速下降,高速流场转移(4)血管压力：血管壁面压力和血流速度密切相关,在狭窄前突然升高,在狭窄处降低,在狭窄后到远端持续降低。狭窄修复后,血管壁面压力由入口到出口平缓降低。(5)血管剪切应力：存在狭窄时,壁面切应力很高,为63.69Pa,变化的区域较多；而狭窄修复后,其相同位置处的切应力降低,为2.59Pa,且整体分布较平滑。(6)质量流量：狭窄修复前后LAD上流过端口的质量流量的比例为0.633。(7)FFR：不同位置的FFRCT和实际测量值无明显差异：右主冠脉(0.87,大于0.8),左前降支(0.69,0.71),左旋支(0.83,大于0.8)。仿真干预后,左前降支和左旋支FFRCT升高到0.97和0.96。总之,基于DSA和CTA的血流动力学仿真是有效的和可行的,能够提供大量、稳态和瞬态情况下的血管功能信息,包括血流速度、质量流量、压力和壁面剪切应力分布等。模拟PCI(Percutaneous coronary intervention, PCI,经皮冠状动脉介入)治疗的仿真干预能够预测治疗效果。FFRCT有可能成为一种无创测量血管功能的方法,与血管结构参数结合,促进冠脉病变的评价、治疗和机理研究。