[發(fā)明專(zhuān)利]基于注射策略的磁流體濃度分布預(yù)測(cè)方法

有效

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

本發(fā)明涉及一種基于注射策略的磁流體濃度分布預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：步驟S1：構(gòu)建生物組織的幾何模型；步驟S2：設(shè)置參數(shù)及邊界條件；步驟S3：模擬模型內(nèi)部的流體的流動(dòng)及其間質(zhì)壓力分布;步驟S4：模擬擴(kuò)散前流體在生物組織內(nèi)部的空間分布;步驟S5：使用速度?濃度場(chǎng)的耦合分析，預(yù)測(cè)擴(kuò)散后的流體在模型組織間質(zhì)內(nèi)的濃度分布。本發(fā)明提出了三種優(yōu)化注射策略，最終能夠預(yù)測(cè)流體擴(kuò)散后的濃度分布，以提高磁熱療中處于目標(biāo)溫度范圍內(nèi)的有效面積，改善目標(biāo)組織的消融效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米粒子的建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于注射策略的磁流體濃度分布預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

磁流體熱療是將磁性納米粒子作為加熱源，在外部交變磁場(chǎng)的作用下實(shí)現(xiàn)局部加熱，使具有高溫敏感性的目標(biāo)組織消融的加熱技術(shù)。由于它產(chǎn)生的副作用小且對(duì)無(wú)關(guān)組織具有低侵襲性，與其他方式相比，消融效果有了明顯的改進(jìn)，因此被認(rèn)為是一種極具潛力的加熱方法。研究表明當(dāng)溫度處在42℃到46℃之間時(shí)，目標(biāo)組織由于其對(duì)高溫的敏感而遭到破壞，但無(wú)關(guān)組織不受影響的可能性更大。

關(guān)于磁熱療的研究涉及多個(gè)領(lǐng)域，由于其優(yōu)良的消融效果受到研究人員的廣泛關(guān)注，但對(duì)于真正投入使用還需克服許多阻礙。在磁熱療過(guò)程中所需要消融的目標(biāo)組織的屬性是生物固有的，無(wú)法改變。此外考慮到生物相容排斥等因素，用于注射的溶液的性質(zhì)在使用前也被確定不能隨意改變。因此研究人員通常致力于模型的精準(zhǔn)模擬，以改善消融效果。實(shí)際上采用不同的注射策略對(duì)納米粒子在目標(biāo)組織內(nèi)的空間分布及消融效果也有著顯著的影響。注射速率是注射策略中除針頭直徑外唯一能對(duì)納米流體分布產(chǎn)生影響的因素。然而大部分研究都只考慮了連續(xù)勻速注射的方式，通過(guò)調(diào)整注射速率來(lái)改善磁納米粒子的空間分布。因此本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，結(jié)合納米粒子流動(dòng)模型、組織內(nèi)的壓力分布和濃度擴(kuò)散機(jī)制，提出了三種優(yōu)化注射策略，以應(yīng)用于磁熱療的準(zhǔn)備方案中，預(yù)測(cè)生物組織內(nèi)磁流體的濃度分布。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于注射策略的磁流體濃度分布預(yù)測(cè)方法，提供了一種優(yōu)化的注射策略，并預(yù)測(cè)其隨時(shí)間變化的擴(kuò)散情況。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于注射策略的磁流體濃度分布預(yù)測(cè)方法，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(duì)稱(chēng)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這兩個(gè)區(qū)域，并由一個(gè)空心圓柱體垂直穿過(guò)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)部的流體流速及其間質(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)部的流體流速和以及壓力分布P_i¹、P_i²和P_i³，分別使用Brinkman方程近似其注射過(guò)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(chǎng)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(duì)流-擴(kuò)散方程中預(yù)測(cè)擴(kuò)散期間流體在模型組織間質(zhì)內(nèi)的三種濃度分布。

進(jìn)一步地，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；