随着计算机相关技术的发展和各学科之间融合的深入,基于生物机理的骨折愈合过程的仿真是生物医疗领域计算机仿真技术的重要组成部分。通过计算机仿真技术对骨折愈合过程进行模拟,不仅能够帮助理解骨折愈合过程的调控机制和病理条件,为相关的试验设计提供指导,还能够对临床中不同的治疗方案的治疗结果进行预测,给医生治疗方案的选择提供参考并进行治疗方案的优化。对骨折愈合的治疗有深远的意义,具有很好的研究价值。在骨折愈合过程中,首先,通过间充质干细胞分化来产生骨折愈合过程中涉及的不同细胞。这种细胞分化已被证明是由局部表达的生长因子调控的。为了探究相关生长因子的调控机制。通过骨折愈合过程中相关细胞、细胞基质和生长因子的相互作用关系,其中,生长因子的分化作用是基于骨形态发生蛋白-2/4和转化生长因子-β的成软骨和成骨作用的试验研究基础上得到的。提出了一个具有中等骨折间隙大小和骨折稳定性的骨折愈合过程的二维数学模型。其次,通过对半稳定型小鼠胫骨骨折的通用几何模型进行简化得到可以用于自定义显隐交替有限差分法计算的几何形状,并确定模型的初始条件、边界条件和边界条件持续时间,使用MATLAB软件求解出二维数学模型的数值解,通过模拟间充质干细胞迁移、增殖和分化;软骨细胞增殖和软骨内骨化;成骨细胞的增殖;细胞基质的合成和降解以及软骨生长因子和成骨生长因子的迁移、产生和衰变模拟出二期骨折愈合过程中不同细胞、细胞基质和生长因子的时空变化。最后,通过骨折愈合过程试验测量数据和MATLAB软件仿真模拟结果进行对比,验证了试验和仿真结果具有很好的一致性并且纤维/软骨细胞基质在骨痂中的含量随时间的演变在定性上和试验结果是一致的。同时进行了广泛的参数研究,模拟出不同参数值对骨折愈合进程的影响,对参数的敏感性进行分析。并对一个病理性骨折愈合及其应用生长因子治疗的案例进行了模拟,证明了该数学模型的潜在治疗价值。