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中风或心脏病突发等急性心脑血管疾病通常与血管中动脉粥样硬化斑块的增长和突然破裂密切相关。当前临床研究的主要困难之一在于难以利用在体影像手段准确判断和预测患者斑块的增长和易损性。力学环境与斑块的增长破裂行为息息相关。基于医学影像的斑块仿真模型可以对病人在体斑块进行力学分析,是当前结合斑块形态学和力学因素来研究斑块增长和评估斑块易损性的重要手段。然而,用在体医学影像构造的斑块力学模型结果的准确性和临床应用的可靠性受到斑块的形态和成分、动脉血管和斑块成分的材料性质、边界条件和模型假设的选择等模型要素影响。本文通过病人个体化斑块形态和材料数据建立力学仿真模型以获取斑块应力应变数据,并结合斑块形态学和力学风险因子评估斑块易损性和预测斑块的增长,提高力学模型计算的准确性和预测的精确度。论文主要包括以下五个方面:当前基于医学影像的病人个体化仿真模型在临床应用上的瓶颈之一是建模方法的高效性。本文通过对二维切片增加一个轴向厚度构建一种简化的斑块三维薄片模型来弥补二维模型的三维轴向缺失。本文采用7个病人的388个斑块切片数据,以三维流固耦合模型为标准,对不同的仿真模型进行了多病人的比较研究。结果显示388个三维薄片模型的斑块应力和应变计算结果误差比二维模型分别减少了11.09%和11.1%。从建模人工和计算准确性考虑,三维薄片模型可能是临床应用的更好选择。材料性质是影响模型计算结果的重要因素之一。在体血管和斑块材料性质极难获取。本文采用8个病人的左右颈动脉核磁共振数据,引入一种结合定点的动态磁共振影像（Cine MRI）、多对比度磁共振影像（multi-contrast MRI）和力学模型的无创方法量化病人在体颈动脉斑块材料特性。结果显示16个血管的有效杨氏模量（YM）值从最软血管（109k Pa）到最硬血管（922k Pa）之间的变化达到了746%。使用在体材料与离体材料的模型计算斑块应变可产生最大377.34%的差异。运用上述颈动脉在体材料参数以及三维薄片模型的建模方法,本文用8位病人颈动脉MRI数据（可用切片81片）计算应力斑块易损性指数（stress plaque vulnerability index,SPVI）并研究病人个体化在体材料对斑块力学易损性评估的影响。本文首次提出了用病人在体血管材料数据建模计算SPVI的方法。用该方法对81个切片得到的SPVI与斑块形态学易损性指数之间的匹配率为85.19%。对应于SPVI 5个数值（0-4,4对应高危斑块）的应力区间（单位:k Pa）为:[0,46.8)、[46.8,80)、[80,92)、[92,103)和[103,+∞)。使用病人在体血管材料的模型获得的高危斑块阈值（103 k Pa）比用同一离体材料模型获得的阈值（146.5k Pa）降低了30%。基于病人个体化血管材料的SPVI的运用将进一步改进斑块易损性的评估方法。斑块增长预测对心血管研究和疾病的诊断、预防与治疗具有重要意义。综合形态学和生物力学因子的预测方法将可能提高预测的准确性。本文用20位病人颈动脉MRI随访数据建立三维薄片模型,获取10个力学与形态学因子数值,通过广义线性混合模型对壁厚增加（WTI）、斑块负荷增加（PBI）和斑块面积增加（PAI）三个斑块增长指标寻找最佳预测因子。结果表明综合形态学因子和力学因子有益于斑块增长的预测,其预测能力（AUC值为0.7158）比仅采用单一形态学因子的预测能力（AUC值为0.6540）提高了6.18%。颈动脉和冠状动脉疾病是两种主要的动脉粥样硬化疾病。易损斑块的研究大多是单一地针对颈动脉或冠状动脉。本文比较两种血管斑块的形态学和力学特征,研究两类斑块在增长预测和易损性评估中的异同,为基于医学影像的不同血管仿真建模和应用提供参考。20个病人颈动脉斑块的外壁直径（WD）、斑块面积（PA）、斑块负荷（PB）、最小纤维帽厚度（Min CT）、壁应力（PWS）和壁应变（PWSn）的均值分别为8.857mm、34.19mm~2、54.87%、0.329mm、85.13k Pa和0.1828。10个病人冠状动脉斑块WD、PA、PB、Min CT、PWS和PWSn的均值分别为3.928mm、7.41mm~2、60.18%、0.288mm、94.15k Pa和0.1622。该类斑块基本数据对斑块研究具有指导意义。易损性和预测结果比较显示,颈动脉SPVI的最优一致性匹配效果比冠状动脉更好（颈动脉最优一致性匹配率为83.95%,而冠状动脉仅为66.77%）。冠状动脉的最优单一预测因子和最优组合预测因子的预测能力（AUC值分别为0.8406和0.8600）比颈动脉（AUC值分别为0.6540和0.7158）更强。颈动脉和冠状动脉斑块增长预测的量化结果展示了形态学-力学结合的良好预测效果和应用前景。本文的主要创新点有:三维薄片仿真模型的临床应用可能性探索;结合三维薄片模型量化颈动脉血管在体材料参数并应用于病人个体化仿真模型;结合病人个体化血管材料改善斑块力学易损性评估指标;综合比较颈动脉和冠状动脉斑块形态学和力学特征;结合斑块形态学和力学因素进行颈动脉和冠状动脉斑块增长和易损性对比研究。