[发明专利]一种模拟骨折愈合过程的仿真系统

说明书

一种模拟骨折愈合过程的仿真系统，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，探寻最佳的骨折愈合方案。所述系统包括骨折区域分析模型建立模块，血运重建子系统，骨折愈合过程建模子系统和程序终止判断模块。骨折区域分析模型建立模块用于建立骨折区域几何模型和有限元模型；血运重建子系统用于从细胞内分子水平和细胞水平对血管再生过程进行建模；骨折愈合过程建模子系统用于从组织水平对骨折愈合过程进行建模；程序终止判断模块用于判断程序是否终止。本发明分别从细胞内分子水平、细胞水平和组织水平对骨折愈合过程进行建模，使骨折愈合过程建模更加完善，能过更加准确的模拟骨折愈合过程，为探寻最佳的骨折愈合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，特别涉及一种模拟骨折愈合过程的仿真系统。

背景技术

骨折是一种常见的创伤，骨折的高发性使得骨折愈合机理及促进骨折愈合的研究尤为迫切。与其他组织损伤不同的是，骨折不是靠纤维结缔组织连接，而是骨组织的完全再生。尽管如此，并不是所有的骨折都可以完全愈合，有时会发生延迟愈合甚至是不愈合。骨折延迟愈合或者不愈合会引起患肢疼痛，功能障碍，导致患者失业，由此造成很大的社会经济负担。因此，尽管关于骨折愈合的研究一直备受关注，但仍然有5％～10％的骨折因各种原因发生延迟愈合甚至是不愈合。

骨折愈合是一个非常复杂的生物过程，包含多种细胞，生长因子和细胞胞外基质的参与。其中，血管再生是骨折愈合的必要条件。良好的血管再生是骨折愈合过程中骨形成的重要前提条件。反之，若血管再生过程受阻，就会发生骨折延迟愈合甚至是不愈合。目前缺少能够从不同层次精确表达骨折愈合过程中的血管再生以及精确表达骨折愈合过程中相关细胞，相关生长因子浓度和相关细胞胞外基质浓度随时间的变化关系的骨折愈合过程计算机仿真系统。现存的骨折愈合过程仿真系统存在如下缺陷：

1.没有针对专门患者的骨折愈合仿真系统；

2.骨折愈合区域的模型建立过于简化。

3.没有从不同层次表达骨折愈合中的血管再生过程；

4.没有精确建立骨折愈合过程中相关细胞浓度，相关生长因子浓度和相关细胞胞外基质浓度随时间的变化关系；

发明内容

本发明的目的是为了解决骨折愈合过程中没有针对专门患者的骨折愈合仿真系统，骨折愈合区域模型建立过于简化，没有从不同层次描述骨折愈合中的血管再生过程及没有精确建立骨折愈合过程中相关细胞浓度，相关生长因子浓度和相关细胞胞外基质浓度随时间的变化关系的缺点，而提出的一种模拟骨折愈合过程的仿真系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现一种模拟骨折愈合过程的仿真系统，其特征在于，所述系统包括：

骨折区域分析模型建立模块、血运重建子系统、骨折愈合过程建模子系统和程序终止判断模块。

骨折区域分析模型建立模块用于建立骨折区域几何模型和有限元分析模型；

血运重建子系统包括：

细胞内部分子生理活动建模模块，用于从细胞内分子层次中相关分子生理活动对骨折愈合过程中的血运重建过程进行建模；

所述的相关分子包括血管生成细胞生长因子受体，Notch1蛋白，Dll4蛋白，激活的血管生成细胞生长因子受体，几何的Notch1蛋白，有效激活的血管生成细胞生长因子受体，有效激活的Notch1蛋白和肌动蛋白。

细胞生理活动建模模块，用于从细胞层次中血管生成细胞生理活动对骨折愈合过程中的血运重建过程进行建模。

骨折愈合过程建模子系统包括：

相关细胞浓度建模模块，用于建立骨折愈合过程中相关细胞浓度随时间的变化关系；

所述的相关细胞包括：间充质干细胞、成纤维细胞、软骨细胞和骨细胞；