[發(fā)明專利]基于注射策略的磁流體濃度分布預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110629343.4
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113312684B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯云東;鄒建;蘇航
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;G06F30/28;G06F17/13;G16B5/00;G06F111/10;G06F111/14;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學(xué)俊

1.一種基于注射策略的磁流體濃度分布預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1:首先構(gòu)建生物組織的幾何模型，該模型為軸對稱模型，包括第一組織區(qū)域r＝R₁和第二組織區(qū)域r＝R₂,R₁＜R₂，并由一個空心圓柱體垂直穿過第二組織區(qū)域，直達(dá)第一組織區(qū)域中心，該空心圓柱體用于模擬注射器，底部為圓錐形，流體從圓柱體頂部流入；

步驟S2：根據(jù)幾何模型設(shè)置參數(shù)及邊界條件；

步驟S3：使用達(dá)西定律，模擬在三種不同注射策略下的生物組織模型內(nèi)部的流體速度及其間質(zhì)壓力分布P_iⁿ，其中，n取值為1、2、3分別代表三種注射策略，i取值為1、2分別代表第一組織區(qū)域和第二組織區(qū)域；

步驟S4：根據(jù)步驟S3中獲得的在三種不同注射策略下的生物組織模型內(nèi)部的流體速度和以及壓力分布P_i¹、P_i²和P_i³，分別使用Brinkman方程近似其注射過程中，流體在生物組織內(nèi)部的空間分布；

步驟S5：使用速度-濃度場的耦合分析，將步驟S3中解得的流體速度作為輸入，分別代入對流-擴(kuò)散方程中預(yù)測擴(kuò)散期間流體在模型組織間質(zhì)內(nèi)的三種濃度分布；

所述步驟S2具體包括以下步驟：

步驟S21：采用磁納米流體及其基本屬性作為研究所使用的流體材料和參數(shù)；

步驟S22：設(shè)置方案注入流體的總劑量及流體的初始濃度；

步驟S23：在濃度場的研究中，應(yīng)滿足以下邊界條件：

第二組織區(qū)域的外邊界r＝R₂滿足條件C₂＝0；

組織的內(nèi)表面滿足Newman邊界條件；

C₁(r＝R₁)＝C₂(r＝R₁)，

(1)

步驟S3中所述的注射策略包括采用連續(xù)勻速注射策略即連續(xù)型、采用正弦波型的連續(xù)變速注射策略即正弦波型和采用矩形波型的間斷勻速注射策略即矩形波型；在這三種注射策略的基礎(chǔ)上，使用達(dá)西定律分別對流體的流動進(jìn)行模擬。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于注射策略的磁流體濃度分布預(yù)測方法，其特征在于，所述達(dá)西定律為：

其中，ε_i是組織的孔隙率，i＝1表示第一組織區(qū)域，i＝2表示第二組織區(qū)域；其中P_iⁿ是間隙流動壓力，是間隙流速，K_i是滲透系數(shù)，μ_i是間隙黏度；

第一組織區(qū)域和第二組織區(qū)域內(nèi)部組織壓力的拉普拉斯算子為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于注射策略的磁流體濃度分布預(yù)測方法，其特征在于，步驟S4中，所述Brinkman方程為：

其中，ε_i是組織的孔隙率，μ_f是磁流體的濃度，Q_br是多孔組織中的質(zhì)量沉積物；P_iⁿ和分別是在注射期間內(nèi)的生物組織內(nèi)部的壓力和間隙流速；納米流體的連續(xù)性方程由與Q_br有關(guān)的方程表示；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于注射策略的磁流體濃度分布預(yù)測方法，其特征在于，步驟S5，所述對流-擴(kuò)散方程為：

其中，表示在擴(kuò)散過程中組織內(nèi)部的磁性流體溶液中溶質(zhì)的濃度分布，表示擴(kuò)散過程中流體的流速，通過求解方程(3)和方程(7)獲得；組織中磁性流體的有效擴(kuò)散系數(shù)D_eff是通過使用纖維矩陣模型獲得的；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于注射策略的磁流體濃度分布預(yù)測方法，其特征在于，在步驟5中所述將步驟S3中解得的流體速度作為輸入，代入對流-擴(kuò)散方程中預(yù)測生物組織模型的濃度分布過程中采用的求解方法為有限元方法。