[发明专利]一种基于界面捕捉技术的骨折愈合仿真方法

权利要求书

1.一种基于界面捕捉技术的骨折愈合仿真方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为：

步骤一：建立骨折位置的三维几何模型；

步骤二：将步骤一中得到的模型进行网格划分，建立组织域有限元模型；

步骤三：对步骤二中的有限元模型进行仿真初始化设置，确定载荷以及边界条件；

步骤四：计算组织域中各组织的生长速度；

步骤五：对组织域进行有限元分析，计算组织域上的组织在时间上的传输方程；

步骤六：计算血管的生长；

步骤七：计算时间步长的误差；

步骤八：判断程序是否满足中止条件，若不满足，程序从步骤四开始进入下一个迭代循环，若满足，则程序中止，并记录愈合时间。

2.根据权利要求书1所述的一种基于界面捕捉技术的骨折愈合仿真方法，其特征在于：所述步骤一中骨折位置三维几何模型的建立过程如下：

1)通过医疗影像设备CT得到图像，图像格式为DICOM；

2)将图像导入三维重建软件中进行三维重建；

3)将三维重建后的模型导入软件中进行平滑处理以及实体化操作，得到骨折位置的三维几何模型。

3.根据权利要求书1所述的一种基于界面捕捉技术的骨折愈合仿真方法，其特征在于：所述步骤二中将得到的几何模型导入有限元软件中进行网格划分，建立有限元模型。

4.根据权利要求书1所述的一种基于界面捕捉技术的骨折愈合仿真方法，其特征在于：所述步骤三中仿真初始化设置：

骨折区域单元材料属性可分为依赖时间的非重叠的组织域Ω_i(t)和血管生长的附加域Ω_v(t)，其中i∈{st,ca,wb,lb}(st表示软组织，ca表示软骨，wb表示编织骨，lb表示板层骨)；

组织域涉及四种参与骨折愈合的组织类型，分别是软组织，软骨，编织骨和板层骨，每种组织类型对于界面的函数关系，用一个水平集函数φ_i(x,t)表示，如下所示：

其中，dist表示组织域内一点x到界面Γ_i上最近一点之间的欧几里得距离，t表示时间；

界面的法向量n_i和曲率k_i可以表示为：

其中▽表示哈密顿算子

Ω_i(t)通常由指示器函数给出，如下：

此外，还包括两种影响力学，但不影响组织分化的两种组织，分别是骨髓和肌肉组织，这两种组织在时间和空间上保持不变；

随后的组织域和血管生长的附加域在步骤四、步骤五获得；

外加载荷和边界条件的设置根据已经选择的固定器施加载荷。

5.根据权利要求书1所述的一种基于界面捕捉技术的骨折愈合仿真方法，其特征在于：所述的步骤四中计算组织域中各组织的生长速度的具体过程为：

计算成骨，软骨生成和血管生长的偏应变，计算公式如下：

其中，ε₀表示静水应变即体积变化，ε₁表示单元内第一主应变，ε₂表示单元内第二主应变，ε₃表示单元内第三主应变，γ₀表示形状应变；

根据ε₀，γ₀确定骨折愈合阶段；

各组织的增长速度计算公式如下：

v_i＝(υ_i-ζ·k_i)·n_i,i∈{st,ca,wb,lb} (6)

式中，v_i表示组织i实际生长速度，υ_i表示垂直组织生长速度，ζ表示数值稳定项系数，k_i，n_i由方程(2)给出。