[发明专利]一种基于界面捕捉技术的骨折愈合仿真方法

说明书

一种基于界面捕捉技术的骨折愈合仿真方法，涉及生物医学工程领域。本发明用来预测骨折愈合的复杂过程，探寻最优的骨折愈合方案。本发明步骤为：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：求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。通过本发明可以更加精确的模拟骨折愈合过程，并为医生选择骨折治疗方案提供有益帮助。

技术领域：

本发明涉及生物医学工程领域，特别涉及一种基于界面捕捉技术的骨折愈合仿真方法。

背景技术：

骨折是临床上的常见病、多发病，骨折愈合是一个由多个复杂的、连续的细胞和分子事件协调的增殖的生理过程，然而，不同的外源性和内源性因素可能会导致延迟愈合、骨不连或假关节等状况的出现。

骨折愈合过程主要受力学因素、生物学因素的影响。尤其是力学因素是骨折愈合的重要影响因素，适当的力学刺激会加速间充质干细胞的分化，从而加快软骨组织和骨组织的形成。不当的力学刺激可能会导致延迟愈合甚至二次骨折。目前缺少能够精确表达骨折愈合这一复杂过程的计算机仿真方法。现存的骨折愈合仿真方法存在如下缺陷：

1.仿真方法中没有考虑到血运重建的重要作用；

2.对固定器的选取有极大地限制，阻碍医生为患者提供更良好的治疗方案；

3.仿真方法中包括组织生长速度在内的因素与实验可观察的参数相关性差；

4.缺少骨折愈合过程中各组织浓度相对于时间的演变过程。

发明内容：

本发明的目的是为了解决骨折愈合仿真中没有考虑到愈合过程中的各组织浓度相对于时间的演变过程，能够精准地预测碎片间运动的历史。

本发明的目的通过下述技术方案实现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。

本发明的有益效果为：

1.基于界面捕捉的骨折愈合仿真方法，使仿真更加贴近真实的骨折愈合过程，符合骨折愈合特性。

2.通过构建骨折愈合仿真方法，可以预测碎片间运动的历史，可以精准地知道各组织随时间的演变过程。

3.通过构建骨折愈合仿真方法，不对固定器进行特殊限制，可以对医生制定最优的治疗方案提供指导，进而得到更好的治疗效果。

4.通过构建骨折愈合仿真方法，可以对建立的仿真模型进行多次重复实验，减少真实的生物实验，节省时间，提高效率，节省费用，避免人道主义争议。

综上，本发明的仿真方法克服了现有技术的缺点和不足。