基于生物学机理的骨折愈合动态过程建模与仿真关键技术研究

项目名称： 基于生物学机理的骨折愈合动态过程建模与仿真关键技术研究

项目编号： No.61272387

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 自动化技术、计算机技术

项目作者： 王沫楠

作者单位： 哈尔滨理工大学

项目金额： 82万元

中文摘要： 由于骨折愈合过程模拟在探寻改善骨折愈合速度和质量的方法、提高手术成功率等方面的重要作用而被关注，本项目从建立具备复杂性、动态特性、个体化特性、可靠性骨折愈合动态过程仿真系统的角度探讨了正常血供区域骨组织特性更新、非正常血供区域血供状态更新和组织特性更新、骨痂形状更新、骨折愈合动态过程仿真、模型可靠性验证等几方面的问题。基于复杂性的研究目标提出把血供状态作为动态变量加入仿真模型中的研究方法，基于动态特性的研究目标提出在同一仿真平台中实现骨痂形状动态变化、血供重建和组织特性动态变化的研究方法，基于个体化的研究目标提出了将力学环境和血供环境的综合影响与个体化骨折几何模型联系起来的研究方法，通过实验验证骨折愈合动态过程仿真模型可靠性。研究目的是实现基于生物学机理骨折愈合动态过程建模及仿真，该模型可以模拟和预测专门患者骨折愈合的复杂修复过程，有希望攻克在计算机中动态反映这个生物学过程的关键性障碍。

中文关键词： 力刺激；骨痂愈合；组织分化；有限元；模糊逻辑

英文摘要： Research on bone fracture healing process simulation is important because it is usually used to study the method which can improve bone fracture healing rate and quality. It is also important for increasing surgery success rate. This project is to develop a complex, dynamic, individual and reliable simulation system of bone fracture healing process and to solve some problems which include renewing tissue character of sufficient blood perfusion element, renewing blood perfusion and tissue character of abnormal blood flow element, renewing callus formation, simulating the dynamical process of bone fracture healing, verifying the reliability of bone fracture healing model. The blood perfusion is included as a spatio-temporal state variable in this model because of demand of complexity. The model can meet demand of dynamical simulation because it can realize callus formation dynamic simulation, revascularization simulation, tissue character dynamic simulation under one environment. Interaction of mechanical factors and blood perfusion factors is connected with special fracture geometry model in individual model. To verify the numerical model of complex fracture healing process, experiment results and simulation results are compared. The aim of this study is to modeling and simulation dynamical process of bone fractu

英文关键词： mechanical stimuli；callus healing；tissue differentiation；finite element；fuzzy logic