[發明專利]基于組織形變的瓊脂糖凝膠內磁流體空間分布預測方法

在審

• 申請號: 202111289728.7
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN114036863A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 湯云東;鄒建;蘇航
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳鼎桂;蔡學俊

1.一種基于組織形變的瓊脂糖凝膠內磁流體空間分布預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：構建瓊脂糖凝膠模型，所述模型材料采用多孔介質；

步驟S2：利用達西定律預測瓊脂糖凝膠內部的壓力變化；

步驟S3：構建多孔介質內部形變過程的數學模型；

步驟S4：采用有限元的方法，對模型進行流體場和固體場的耦合求解，獲得因組織內部壓力改變，而產生的瓊脂糖凝膠內部的應變；

步驟S5：采用速度-濃度順序耦合的方法，利用對流-擴散-吸收方程預測組織內部的磁流體濃度分布。

2.根據權利要求1所述的基于組織形變的瓊脂糖凝膠內磁流體空間分布預測方法，其特征在于，所述步驟S1具體為：

步驟S11:構建一個橢球形的瓊脂糖凝膠模型；

步驟S12:在瓊脂糖凝膠模型中心位置建立一個半球體，該半球體的半球面作為磁流體的流入面，之后構建一個與半球體半徑相等的圓柱體，垂直插入瓊脂糖凝膠模型中心直到與半球體底面相交，該圓柱體與半球體形成一個聯合體；

步驟S13:將瓊脂糖凝膠模型與構建的聯合體進行求差，取其中四分之一作為計算范圍。

3.根據權利要求1所述的基于組織形變的瓊脂糖凝膠內磁流體空間分布預測方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：

步驟S21：流體在多孔組織中的物質傳遞與守恒滿足連續性方程：

其中，p是多孔組織間隙的壓力，初始狀態下組織內部的壓力值為p₀，是組織的孔隙率，t是流體流動在間質內流動的時間，是磁流體的流速；

步驟S22：利用達西定律構建流體在組織中的流動過程：

其中，k是組織的滲透率，μ是間質液的動力粘度；

步驟S23：聯立求解步驟S21和步驟S22中關于流體速度和間隙壓力的方程，獲得組織的速度場分布和壓力場分布。

4.根據權利要求3所述的基于組織形變的瓊脂糖凝膠內磁流體空間分布預測方法，其特征在于，所述物質傳遞與守恒滿足的連續性方程中，組織的孔隙率變化受到局部施加的壓力場的控制；

多孔介質的孔隙率和孔隙壓力的關系表示為：

其中，是初始狀態下組織的孔隙率，β是生物系數，S是有效體積應變，且它的初始值為S₀。

5.根據權利要求3所述的基于組織形變的瓊脂糖凝膠內磁流體空間分布預測方法，其特征在于，所述組織的滲透率k隨著有效體積應變的變化而變化，具體為：

其中，β為生物系數，S是有效體積應變，且它的初始值為S₀。

6.根據權利要求4或5任一所述的基于組織形變的瓊脂糖凝膠內磁流體空間分布預測方法，其特征在于，所述生物系數β，具體為：

其中E是組織的楊氏模量，K_s是組織的體積模量，v是泊松比。

7.根據權利要求4或5任一所述的基于組織形變的瓊脂糖凝膠內磁流體空間分布預測方法，其特征在于，所述有效體積應變S是由多孔組織內部的體積應變和間隙壓力共同決定的，其中有效體積應變表示為：

其中，ε_v是組織的體積應變，S的初始值S₀由將式中的ε_v和p分別替換為ε_v0和p₀來得到。