CN117373681B - 一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法及系统，方法包括：通过检测获得骨折患者四组血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度；根据获得的四组血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度以及血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的变化率公式，得到骨折患者血浆内胰高血糖素和胰岛素浓度随时间变化情况的第一模型；调用第一模型和第二模型，并根据骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度计算下一个时间单元的骨组织密度和软骨组织密度；骨折区域的所述骨组织密度达到成骨的骨组织密度，根据时间单元计算愈合所需时间，并输出仿真结果。本发明为临床治疗1型糖尿病骨折患者治疗方案提供更加精确的模拟骨折愈合过程，探寻最优的骨折愈合方案。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学工程领域，特别涉及一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法及系统。
背景技术
随着我国经济迅速发展，人们生活水平逐渐提高以及生活方式发生巨大的改变，糖尿病发生率也在逐年攀升。其中，1型糖尿病是一种血清中胰岛素绝对缺乏的自身免疫性疾病,因血糖控制不佳常有自发酮症倾向,胰岛素分泌显著下降甚至缺失,需终身胰岛素治疗维持生命。而血糖控制不佳不仅会增加糖尿病肾病、视网膜病变、神经病变和心血管病变的发生率；同时高血糖对骨代谢也有不利的影响，血糖升高会导致患者骨折风险增加、骨折愈合延迟或不愈合。
骨折愈合过程一般是指在力的作用下发生的一个成破骨动态循环过程，包括了骨吸收和骨形成，成骨细胞和破骨细胞在骨折愈合过程中发挥主要调节作用；但在高糖环境下，过量的葡萄糖会导致线粒体电子传递功能被破坏，无法向成骨细胞形成方向发展，将会打破成破骨动态循环失衡状态，导致骨折愈合延迟甚至不愈合。
骨折愈合过程是一个自身对组织的一个修复过程，在骨折愈合的第一个阶段血肿机化期开始时，血糖调节系统就已经开始了工作，释放促进骨折愈合的生长因子并清理坏死的组织和细胞，为骨折愈合提供一个良好的环境。同时，骨折愈合还受特定的几何因素、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，而不当的力学刺激也可能会导致延迟愈合甚至二次骨折。目前的骨折愈合过程仿真方法存在如下缺陷：
1.仿真方法中没有考虑到血糖调节系统在骨折愈合过程中的重要作用，从而将血糖调节系统与骨折愈合仿真过程结合起来；
2.没有建立专门针对1型糖尿病患者的个体化模型；
综上所述，目前继续一种能够精确表达骨折愈合这一复杂过程的计算机仿真方案。
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血糖调节系统在骨折愈合中起到的重要作用，并且可以根据不同的患者不同身体状况定义不同的血糖调节强度，建立专门针对1型糖尿病患者的个体化模型，用来更精确的预测骨折愈合时间。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法，包括以下步骤：
通过检测获得骨折患者四组血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度；其中，每组血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的检测时间间隔为一个时间单元；
根据获得的四组血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度以及血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的变化率公式，得到所述骨折患者血浆内胰高血糖素和胰岛素浓度随时间变化情况的第一模型；
调用所述第一模型和构建的第二模型，并根据所述骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度计算骨折患者下一个时间单元的骨组织密度和软骨组织密度；其中，所述第二模型的输入为血浆内高血糖素和胰岛素的浓度以及外源获取葡萄糖速度，输出为所述骨组织密度和所述软骨组织密度；当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度初始值为检测得到的血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度；
判断骨折区域的所述骨组织密度是否达到成骨的骨组织密度；
如果达到成骨的骨组织密度，本次仿真的迭代次数加1，根据所述迭代次数和预设的所述时间单元计算愈合所需时间，并输出仿真结果；其中，所述仿真结果包括愈合所需时间以及本次仿真的每次迭代的外源获取葡萄糖速度、骨组织密度和软骨组织密度；
如果不是，本次仿真的迭代次数加1，将骨折患者下一个时间单元血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度赋值至骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度，继续计算下一个时间单元的骨组织密度和软骨组织密度，直到骨折区域的所述骨组织密度达到成骨的骨组织密度。
优选的，所述根据获得的四组血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度以及血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的变化率公式，得到所述骨折患者血浆内胰高血糖素和胰岛素浓度随时间变化情况的第一模型，包括以下步骤：
将当前时间第一个检测时间T、第二个检测时间T+T1、第三个检测时间T+2×T1、第四个检测时间T+3×T1的血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度分别代入血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的变化率公式，计算得到相应的胰高血糖素或胰岛素的转化率降解率产生量uj；其中，T1为预设的时间单元，血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度变化率公式如下：
其中，j＝1时为胰高血糖素，j＝2时为胰岛素；为血浆内胰高血糖素或胰岛素相应浓度；/>为胰高血糖素或胰岛素的转化率；/>为胰高血糖素或胰岛素的降解率；uj为胰高血糖素或胰岛素的生产量；
将计算得到的胰高血糖素或胰岛素的转化率降解率/>产生量uj代入血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度变化率公式，得到当前骨折患者血浆内胰高血糖素和胰岛素浓度随时间变化情况的第一模型。
优选的，所述第二模型包括：
细胞内胰高血糖素或胰岛素浓度的变化率公式，如下：
其中，sj为细胞内胰高血糖素或胰岛素的浓度；为胰高血糖素或胰岛素受体的总浓度；rj为与胰高血糖素或胰岛素已经结合的胰高血糖素或胰岛素受体的浓度；Vp为血浆中胰岛素量；V为细胞内胰岛素量；/>是胰高血糖素或胰岛素结合相应受体的结合率；/>是胰高血糖素或胰岛素结合相应受体的降解率；
已经结合的胰高血糖素或胰岛素受体的浓度变化率公式，如下：
其中，为胰高血糖素或胰岛素受体的失活率；
糖原的浓度变化率公式，如下：
其中，g1为糖原的浓度；g2为葡萄糖的浓度；k1、k2均为糖原合成酶相关系数；k3为糖原磷酸化酶相关系数；为糖原合成酶的最大反应速度；/>为糖原磷酸化酶的最大反应速度；/>为糖原磷酸化酶Michaelis-Menton常数；/>为糖原合成酶Michaelis-Menton常数；
葡萄糖的浓度变化率公式，如下：
其中，g2为葡萄糖的浓度；Gin为外源获取葡萄糖速度；为葡萄糖转化为糖原过程；/>为糖原转化为葡萄糖过程；为胰岛素对葡萄糖浓度的影响；U0、Ub、Um、C2、C3、C4、β均为相关常系数；
间充质干细胞的浓度变化率公式，如下：
其中，Rm为间充质干细胞的迁移率；Am为间充质干细胞总增殖率；Cm为间充质干细胞的浓度；Klm为骨折区域允许的间充质干细胞最大浓度；F(g2)为抑制间充质干细胞增殖系数，Ua、C0为常系数；
成骨细胞的浓度变化率公式，如下：
其中，Cb为成骨细胞的浓度；Ab为成骨细胞总增殖率；Klb为骨折区域允许的成骨细胞最大浓度；db为成骨细胞的迁移速率；
软骨组织密度变化率公式，如下：
其中，mc为软骨组织密度；pcs为软骨组织合成速率；qcd为软骨组织降解速率；
骨组织密度变化率公式，如下：
其中，mb为骨组织密度；pbs为骨组织合成速率；qbd为骨组织降解速率。
优选的，所述调用所述第一模型和构建的第二模型，并根据所述骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度计算骨折患者下一个时间单元的骨组织密度和软骨组织密度，包括：
根据所述第一模型和骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度预测骨折患者下一个时间单元血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度；
根据下一个时间单元血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度、细胞内胰高血糖素或胰岛素的浓度变化率公式以及已经结合的胰高血糖素或胰岛素受体的浓度变化率公式，计算下一个时间单元细胞内胰高血糖素和胰岛素的浓度以及已经结合的胰高血糖素和胰岛素受体的浓度；
根据下一个时间单元细胞内胰高血糖素和胰岛素的浓度、已经结合的胰高血糖素和胰岛素受体的浓度、外源获取葡萄糖速度、糖原的浓度变化率公式以及葡萄糖的浓度变化率公式计算下一个时间单元糖原的浓度和葡萄糖的浓度；
根据下一个时间单元葡萄糖的浓度以及间充质干细胞的浓度变化率公式计算下一个时间单元的间充质干细胞的浓度；
根据下一个时间单元葡萄糖的浓度、间充质干细胞的浓度以及成骨细胞的浓度变化率公式计算下一个时间单元的成骨细胞的浓度；
根据下一个时间单元葡萄糖的浓度、间充质干细胞的浓度、成骨细胞的浓度以及软骨组织密度变化率公式计算下一个时间单元的软骨组织密度；
根据下一个时间单元成骨细胞的浓度以及骨组织密度变化率公式计算下一个时间单元的骨组织密度。
优选的，所述成骨的骨组织密度为95％。
优选的，在所述如果达到成骨的骨组织密度，本次仿真的迭代次数加1，根据所述迭代次数和预设的所述时间单元计算愈合所需时间，并输出仿真结果之后，还包括：
仿真次数加1，并判断仿真次数与预设的仿真次数是否相等；
如果相等结束仿真；
如果不相等，修改外源获取葡萄糖速度，将当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度修改为血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的初始值，然后开始下一次仿真，调用所述第一模型和构建的第二模型，并根据所述骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度计算骨折患者下一个时间单元的骨组织密度和软骨组织密度。
第二方面，一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真系统，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法。
本发明的有益效果为：
1.使仿真更加贴近1型糖尿病患者真实的骨折愈合过程，符合1型糖尿病患者骨折愈合特性，使仿真结果更加准确；
2通过根据不同患者的身体状况定义不同的血糖调节能力(即第一模型的构建)，针对患者建立更个性化的胰岛素和胰高血糖素随时间变化的模型，使在调用第二模型进行骨折区域的组织表型密度计算所需的血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度更贴近实际值，从而进一步提高针对患者的仿真结果的准确性；
3.通过构建骨折愈合仿真方法，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，避免争议。
附图说明
图1为本申请实施例提供一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法的流程图；
图2为本申请实施例提供步骤S300的流程图；
图3为本申请实施例提供一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有技术中的问题，本申请不仅考虑到血糖调节系统在骨折愈合中起到的重要作用，根据不同患者不同的身体状况定义不同的血糖调节强度，而且建立专门针对1型糖尿病患者的个体化模型，实现更精确的骨折愈合仿真，进而达到精准预测骨折愈合时间的目的，参阅图1和图2，本申请实施例提供以下技术方案。
本申请实施例提供了一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法，具体包括以下步骤：
步骤S100、对骨折患者进行四次血浆内胰高血糖素的浓度和血浆内胰岛素的浓度的检测，获得骨折患者四组血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度；其中，每次检测血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度间隔一个时间单元。例如，检测获得骨折患者第一个检测时间T(当前时间)、第二个检测时间T+T1、第三个检测时间T+2×T1、第四个检测时间T+3×T1后血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度；其中，T1为预设的时间单元。
步骤S200、根据获得的四组血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度以及血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的变化率公式，得到当前骨折患者血浆内胰高血糖素和胰岛素浓度随时间变化情况的第一模型(即血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的变化率公式中的胰高血糖素或胰岛素的转化率降解率/>产生量uj为当前骨折患者自身独有的，符合当前骨折患者当前身体状况)；具体包括：
将当前时间第一个检测时间T、第二个检测时间T+T1、第三个检测时间T+2×T1、第四个检测时间T+3×T1的血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度分别代入血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的变化率公式，计算得到相应的胰高血糖素或胰岛素的转化率降解率产生量uj；其中，血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度变化率公式如下：
其中，j＝1时为胰高血糖素，j＝2时为胰岛素；为血浆内胰高血糖素或胰岛素相应浓度；/>为胰高血糖素或胰岛素的转化率；/>为胰高血糖素或胰岛素的降解率；uj为胰高血糖素或胰岛素的生产量；
将计算得到的胰高血糖素或胰岛素的转化率降解率/>产生量uj代入血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度变化率公式，得到当前骨折患者血浆内胰高血糖素和胰岛素浓度随时间变化情况的第一模型。
步骤S300、调用第一模型和构建的第二模型，并根据当前骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度计算骨折患者下一个时间单元的骨组织密度和软骨组织密度；其中，第二模型的输入为血浆内高血糖素和胰岛素的浓度以及外源获取葡萄糖速度，输出为骨组织密度和软骨组织密度。
胰岛素通过细胞膜上的胰岛素受体结合，促进葡萄糖转运体4，从囊泡易位到至质膜，增加葡萄糖转运，促进肝糖原合成，抑制肝糖原分解，降低血糖浓度。胰高血糖素与胰高血糖素受体结合，引起糖酵解减少，糖原合成减少，糖异升增加，糖原分解加强，最终导致血糖升高。葡萄糖由食物和肝脏产生，并通过葡萄糖转运蛋白3被大脑和神经细胞(非胰岛素依赖性)利用，通过葡萄糖转运蛋白4被肌肉、肾脏和脂肪细胞(胰岛素依赖性)利用。所以，在本申请的一些实施例中，构建的第二模型包括：
细胞内胰高血糖素或胰岛素浓度的变化率公式，如下：
其中，sj为细胞内胰高血糖素或胰岛素的浓度；为胰高血糖素或胰岛素受体的总浓度；rj为与胰高血糖素或胰岛素已经结合的胰高血糖素或胰岛素受体的浓度；Vp为血浆中胰岛素量；V为细胞内胰岛素量；/>是胰高血糖素或胰岛素结合相应受体的结合率；/>是胰高血糖素或胰岛素结合相应受体的降解率；
已经结合的胰高血糖素或胰岛素受体的浓度变化率公式，如下：
其中，为胰高血糖素或胰岛素受体的失活率；
糖原的浓度变化率公式，如下：
其中，g1为糖原的浓度；g2为葡萄糖的浓度；k1、k2均为糖原合成酶相关系数；k3为糖原磷酸化酶相关系数；为糖原合成酶的最大反应速度；/>为糖原磷酸化酶的最大反应速度；/>为糖原磷酸化酶Michaelis-Menton常数；/>为糖原合成酶Michaelis-Menton常数；
葡萄糖的浓度变化率公式，如下：
其中，g2为葡萄糖的浓度；Gin为外源获取葡萄糖速度；为葡萄糖转化为糖原过程；/>为糖原转化为葡萄糖过程；为胰岛素对葡萄糖浓度的影响；U0、Ub、Um、C2、C3、C4、β均为相关常系数；
间充质干细胞的浓度变化率公式，如下：
其中，Rm为间充质干细胞的迁移率；Am为间充质干细胞总增殖率；Cm为间充质干细胞的浓度；Klm为骨折区域允许的间充质干细胞最大浓度；F(g2)为抑制间充质干细胞增殖系数，Ua、C0为常系数；
成骨细胞的浓度变化率公式，如下：
其中，Cb为成骨细胞的浓度；Ab为成骨细胞总增殖率；Klb为骨折区域允许的成骨细胞最大浓度；db为成骨细胞的迁移速率；
软骨组织密度变化率公式，如下：
其中，mc为软骨组织密度；pcs为软骨组织合成速率；qcd为软骨组织降解速率；
骨组织密度变化率公式，如下：
其中，：mb为骨组织密度；pbs为骨组织合成速率；qbd为骨组织降解速率。
在本实施例中，Vp、V、/>k1、k2、k3、/> Rm、Am、Klm、Ab、Klb、db、pcs、qcd、pbs、qbd这些用于迭代计算的参数初始值是从适用于本申请已有相关的论文数据中获得。
在本申请实施例中，如图2所示，步骤S300包括以下步骤：
步骤S301、根据第一模型和骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度预测骨折患者下一个时间单元血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度；其中，骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的初始值为骨折患者在距离预测开始时间一个时间单元内检测得到的血浆内胰高血糖素的浓度和血浆内胰岛素的浓度。
步骤S302、根据下一个时间单元血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度、细胞内胰高血糖素或胰岛素的浓度变化率公式以及已经结合的胰高血糖素或胰岛素受体的浓度变化率公式计算下一个时间单元细胞内胰高血糖素和胰岛素的浓度以及已经结合的胰高血糖素和胰岛素受体的浓度。
步骤S303、根据下一个时间单元细胞内胰高血糖素和胰岛素的浓度、已经结合的胰高血糖素和胰岛素受体的浓度、外源获取葡萄糖速度、糖原的浓度变化率公式以及葡萄糖的浓度变化率公式计算下一个时间单元糖原的浓度和葡萄糖的浓度。
步骤S304、根据下一个时间单元葡萄糖的浓度以及间充质干细胞的浓度变化率公式计算下一个时间单元的间充质干细胞的浓度。
步骤S305、根据下一个时间单元葡萄糖的浓度、间充质干细胞的浓度以及成骨细胞的浓度变化率公式计算下一个时间单元的成骨细胞的浓度。
步骤S306、根据下一个时间单元葡萄糖的浓度、间充质干细胞的浓度、成骨细胞的浓度以及软骨组织密度变化率公式计算下一个时间单元的软骨组织密度。
步骤S307、根据下一个时间单元成骨细胞的浓度以及骨组织密度变化率公式计算下一个时间单元的骨组织密度。
步骤S400、判断骨折区域的骨组织密度是否达到成骨的骨组织密度(百分之九十五)，如果不是，执行步骤S500，否则，执行步骤S600。
在骨折愈合仿真的过程中，骨折区域共涉及四种组织类型，分别为肉芽组织、纤维结缔组织、软骨组织和骨组织；
在进行骨折愈合仿真的过程中，各组织体积分数有如下关系：
其中，f为组织表型；nt为组织表型总数量；φf为组织f的体积分数。
在迭代的后期，会少于4中组织类型，最后主要成分为骨组织，所以当骨折区域的骨组织密度达到95％时，说明骨折区域已经愈合。
步骤S500、不同时说明骨折区域没有愈合，本次仿真的迭代次数加1，将骨折患者下一个时间单元血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度赋值至骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度，然后，执行步骤S300；其中，迭代次数的初始值为0。
步骤S600、说明骨折区域已愈合，本次仿真的迭代次数加1，然后根据迭代次数和预设的时间单元计算愈合所需时间，即愈合所需时间＝时间单元，并输出仿真结果，其中，仿真结果包括但不限于愈合所需时间、本次仿真的每次迭代的外源获取葡萄糖速度、仿真开始时血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的初始值、仿真日期、每次迭代计算得到的骨组织密度和软骨组织密度以及其它仿真过程中计算得到的中间参数(可以按照每次迭代输出)，因为在愈合前期如果软骨组织密度太高会抑制骨组织生长，所以如果仿真得到的愈合所需时间太久，可以通过每次迭代显示的软骨组织密度，对外源获取葡萄糖速度进行调整。
本申请实施例提供的基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法，不仅使仿真更加贴近1型糖尿病患者真实的骨折愈合过程，符合1型糖尿病患者骨折愈合特性，使仿真结果更加准确；而且还通过根据不同患者的身体状况定义不同的血糖调节能力(即第一模型的构建)，针对患者建立更个性化的胰岛素和胰高血糖素随时间变化的模型，使在调用第二模型进行骨折区域的组织表型密度计算所需的血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度更贴近实际值，从而进一步提高针对患者的仿真结果的准确性；另外，愈合仿真方法，可以对建立的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，避免争议。
在本申请实施例中，在步骤S600之后还包括，仿真次数加1，判断仿真次数与预设的仿真次数是否相等，如果相等结束仿真，如果不相等，修改外源获取葡萄糖速度，外源获取葡萄糖速度修改符合理论值范围，将骨折患者检测得到的血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的初始值赋值至当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度，执行步骤S300。因为血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度影响骨折区域的愈合速度，修改外源获取葡萄糖速度为通过外部干预血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度，从而调整骨折患者的骨折区域愈合速度，多次仿真的方案，方便医护人员根据需求在所有仿真中挑选一次仿真结果，并根据挑选的仿真结果指导骨折患者通过补充或减少葡萄糖或胰岛素摄入的外部干预手段，调整骨折区域的愈合速度，可见构建的第二模型输入项包括了外源获取葡萄糖速度和预设仿真次数的仿真循环结合，方便医生通过愈合仿真的仿真结果制定最优的治疗方案，进而得到更好的治疗效果。
本申请实施例提供一一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真系统，具体地，该装置包括：一个或多个处理器和存储器，如图3所示，以一个处理器200及存储器100为例。处理器200和存储器100可以通过总线或者其他方式连接，如以通过总线连接为例。
存储器100作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序，如本申请实施例中的一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法。处理器200通过运行存储在存储器100中的非暂态软件程序以及指令，从而实现上述本申请实施例中的一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法。
存储器100可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储执行上述实施例中的一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法所需的数据等。此外，存储器100可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
实现上述实施例中的一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器中，当被一个或者多个处理器执行时，执行上述实施例中的一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S100至步骤S600、图2中的方法步骤S301至步骤S307。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过检测获得骨折患者四组血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度；其中，每组血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的检测时间间隔为一个时间单元；
根据获得的四组血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度以及血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的变化率公式，得到所述骨折患者血浆内胰高血糖素和胰岛素浓度随时间变化情况的第一模型；
调用所述第一模型和构建的第二模型，并根据所述骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度计算骨折患者下一个时间单元的骨组织密度和软骨组织密度；其中，所述第二模型的输入为血浆内高血糖素和胰岛素的浓度以及外源获取葡萄糖速度，输出为所述骨组织密度和所述软骨组织密度；当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度初始值为检测得到的血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度；
判断骨折区域的所述骨组织密度是否达到成骨的骨组织密度；
如果达到成骨的骨组织密度，本次仿真的迭代次数加1，根据所述迭代次数和预设的所述时间单元计算愈合所需时间，并输出仿真结果；其中，所述仿真结果包括愈合所需时间以及本次仿真的每次迭代的外源获取葡萄糖速度、骨组织密度和软骨组织密度；
如果不是，本次仿真的迭代次数加1，将骨折患者下一个时间单元血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度赋值至骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度，继续计算下一个时间单元的骨组织密度和软骨组织密度，直到骨折区域的所述骨组织密度达到成骨的骨组织密度。
2.根据权利要求1所述的一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法，其特征在于，所述根据获得的四组血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度以及血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的变化率公式，得到所述骨折患者血浆内胰高血糖素和胰岛素浓度随时间变化情况的第一模型，包括以下步骤：
将当前时间第一个检测时间T、第二个检测时间T+T1、第三个检测时间T+2×T1、第四个检测时间T+3×T1的血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度分别代入血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的变化率公式，计算得到相应的胰高血糖素或胰岛素的转化率降解率/>产生量uj；其中，T1为预设的时间单元，血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度变化率公式如下：
其中，j＝1时为胰高血糖素，j＝2时为胰岛素；为血浆内胰高血糖素或胰岛素相应浓度；/>为胰高血糖素或胰岛素的转化率；/>为胰高血糖素或胰岛素的降解率；uj为胰高血糖素或胰岛素的生产量；
将计算得到的胰高血糖素或胰岛素的转化率降解率/>产生量uj代入血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度变化率公式，得到当前骨折患者血浆内胰高血糖素和胰岛素浓度随时间变化情况的第一模型。
3.根据权利要求2所述的一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法，其特征在于，所述第二模型包括：
细胞内胰高血糖素或胰岛素浓度的变化率公式，如下：
其中，sj为细胞内胰高血糖素或胰岛素的浓度；为胰高血糖素或胰岛素受体的总浓度；rj为与胰高血糖素或胰岛素已经结合的胰高血糖素或胰岛素受体的浓度；Vp为血浆中胰岛素量；V为细胞内胰岛素量；/>是胰高血糖素或胰岛素结合相应受体的结合率；/>是胰高血糖素或胰岛素结合相应受体的降解率；
已经结合的胰高血糖素或胰岛素受体的浓度变化率公式，如下：
其中，为胰高血糖素或胰岛素受体的失活率；
糖原的浓度变化率公式，如下：
其中，g1为糖原的浓度；g2为葡萄糖的浓度；k1、k2均为糖原合成酶相关系数；k3为糖原磷酸化酶相关系数；为糖原合成酶的最大反应速度；/>为糖原磷酸化酶的最大反应速度；/>为糖原磷酸化酶Michaelis-Menton常数；/>为糖原合成酶Michaelis-Menton常数；
葡萄糖的浓度变化率公式，如下：
其中，g2为葡萄糖的浓度；Gin为外源获取葡萄糖速度；为葡萄糖转化为糖原过程；/>为糖原转化为葡萄糖过程；为胰岛素对葡萄糖浓度的影响；U0、Ub、Um、C2、C3、C4、β均为相关常系数；
间充质干细胞的浓度变化率公式，如下：
其中，Rm为间充质干细胞的迁移率；Am为间充质干细胞总增殖率；Cm为间充质干细胞的浓度；Klm为骨折区域允许的间充质干细胞最大浓度；F(g2)为抑制间充质干细胞增殖系数，Ua、C0为常系数；
成骨细胞的浓度变化率公式，如下：
其中，Cb为成骨细胞的浓度；Ab为成骨细胞总增殖率；Klb为骨折区域允许的成骨细胞最大浓度；db为成骨细胞的迁移速率；
软骨组织密度变化率公式，如下：
其中，mc为软骨组织密度；pcs为软骨组织合成速率；qcd为软骨组织降解速率；
骨组织密度变化率公式，如下：
其中：mb为骨组织密度；pbs为骨组织合成速率；qbd为骨组织降解速率。
4.根据权利要求1所述的一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法，其特征在于，所述调用所述第一模型和构建的第二模型，并根据所述骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度计算骨折患者下一个时间单元的骨组织密度和软骨组织密度，包括：
根据所述第一模型和骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度预测骨折患者下一个时间单元血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度；
根据下一个时间单元血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度、细胞内胰高血糖素或胰岛素的浓度变化率公式以及已经结合的胰高血糖素或胰岛素受体的浓度变化率公式，计算下一个时间单元细胞内胰高血糖素和胰岛素的浓度以及已经结合的胰高血糖素和胰岛素受体的浓度；
根据下一个时间单元细胞内胰高血糖素和胰岛素的浓度、已经结合的胰高血糖素和胰岛素受体的浓度、外源获取葡萄糖速度、糖原的浓度变化率公式以及葡萄糖的浓度变化率公式计算下一个时间单元糖原的浓度和葡萄糖的浓度；
根据下一个时间单元葡萄糖的浓度以及间充质干细胞的浓度变化率公式计算下一个时间单元的间充质干细胞的浓度；
根据下一个时间单元葡萄糖的浓度、间充质干细胞的浓度以及成骨细胞的浓度变化率公式计算下一个时间单元的成骨细胞的浓度；
根据下一个时间单元葡萄糖的浓度、间充质干细胞的浓度、成骨细胞的浓度以及软骨组织密度变化率公式计算下一个时间单元的软骨组织密度；
根据下一个时间单元成骨细胞的浓度以及骨组织密度变化率公式计算下一个时间单元的骨组织密度。
5.根据权利要求1所述的一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法，其特征在于，所述成骨的骨组织密度为95％。
6.根据权利要求1所述的一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法，其特征在于，在所述如果达到成骨的骨组织密度，本次仿真的迭代次数加1，根据所述迭代次数和预设的所述时间单元计算愈合所需时间，并输出仿真结果之后，还包括：
仿真次数加1，并判断仿真次数与预设的仿真次数是否相等；
如果相等结束仿真；
如果不相等，修改外源获取葡萄糖速度，将当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度修改为血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度的初始值，然后开始下一次仿真，调用所述第一模型和构建的第二模型，并根据所述骨折患者当前血浆内胰高血糖素和胰岛素的浓度计算骨折患者下一个时间单元的骨组织密度和软骨组织密度。
7.一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真系统，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任意一项所述一种基于血糖调节系统作用的骨折愈合仿真方法。
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