计算机技术的迅猛发展带动了多学科交叉技术的融合,随着骨折愈合模拟这类新兴交叉学科的出现,基于生物医学原理建立骨折愈合数字化仿真模拟成为计算机仿真技术的一大重要应用。同时,医学、生物力学与机械工程相结合的方式,为学科的发展提供新的机遇。新兴的研究方向运用计算机技术对生命体活动进行模拟预测,从而揭示运动与修复规律,为骨折等疾病的治疗及医疗设备的研究提供依据。骨折愈合是在多因素共同调控下的组织修复过程,时间漫长且复杂。本文主要针对骨折固定的力学条件和生物学因素,用一种时间动态模型模拟二期骨折愈合阶段的机械稳定性、血管再生和组织分化之间复杂的作用关系。与以往研究模型不同的是,本文以三维模型为基础,运用有限元法计算骨痂局部力刺激,并与模糊逻辑相结合,将血液浓度作为时-空状态变量引入到模型中,描述了骨痂力学及组织分化,包括血管再生、膜内骨化、软骨形成、软骨钙化、软骨骨化、萎缩等过程。运用欧拉前进法进行组织浓度等时间步长的迭代更新,进而获得愈合过程的新材料属性。其次,在Visual Studio环境下编译出一套独立的骨折愈合模拟程序,将仿真数据与已有文献中绵羊骨愈合实验数据进行对比分析,验证了骨痂愈合模拟程序。最后,通过模拟两组不同轴向稳定性下的绵羊骨横向截骨愈合,分析了不同断端稳定性对骨折愈合的影响以及力学环境下的血运重建。模型预测了在断端不稳定的情况下,血管重建缓慢,骨桥接延迟等现象,与实验观测结果相符。通过对不同血液供应条件下的愈合情况进行分析,论证了骨折愈合对血供的敏感性。同时,根据该仿真模拟程序的可扩展性,为后续的仿真测试平台的完善提供一些参考。