[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

本發明涉及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，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。本發明實現對受到流體流速和組織形變影響的瓊脂糖凝膠內部的磁流體濃度分布進行預測。

技術領域

本發明涉及磁流體分布分析領域，具體涉及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。

背景技術

磁熱療技術是生物工程領域中，一種具有極大發展前景的組織消融技術。它是通過將磁流體注入多孔組織中，施加交變磁場，使得磁納米粒子散熱，最終導致目標組織消融。瓊脂糖凝膠是一種常見的多孔材料，常用于模擬各類流體在多孔介質中的流動。

磁流體在目標組織中的空間分布，極大程度的決定了組織消融區域的最大的范圍。磁流體注入瓊脂糖凝膠的過程會導致多孔組織內部的壓力、應力和應變等產生變化，進而導致多孔介質內部產生相應的位移，而多孔介質內的磁流體分布又會受到組織位移、形變的極大影響。因此，研究磁流體注入多孔組織的過程及其產生的壓力、位移和磁納米粒子濃度分布具有非常重要的實際意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供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，實現對受到流體流速和組織形變影響的瓊脂糖凝膠內部的磁流體濃度分布進行預測。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

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，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。

進一步的，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。

進一步的，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。