[發明專利]基于組織形變的磁流體回流濃度分布預測方法

在審

• 申請號: 202210571592.7
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114936533A
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 湯云東;陳鳴;鄒建
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06Q10/04;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: 陳明鑫;蔡學俊

1.一種基于組織形變的磁流體回流濃度分布預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1、構建生物組織的幾何模型；

步驟S2、構建固體基質彈性模型；

步驟S3、構建回流層的流體運輸模型；

步驟S4、構建組織的流體運輸模型；

步驟S5、耦合求解流體運輸模型和固體基質彈性模型，并使用速度-濃度耦合分析獲得磁流體在組織間質內的濃度分布。

2.根據權利要求1所述的基于組織形變的磁流體回流濃度分布預測方法，其特征在于，步驟S1中，所述構建生物組織的幾何模型：構建一個半徑為R的半圓和一個長為H₁、寬為W₁的第一矩形；其中，半圓區域代表第一組織區域，除此之外的區域代表第二組織區域；另外構建一個長為H₂，寬為W₂的第二矩形，H₁H₂，第二矩形垂直穿過半圓和第二矩形到達半圓中心位置，左側邊與半圓的垂直半徑重合；半圓和第一矩形分別與第二矩形求差，半圓內的所剩區域為第一組織區域，除此之外的區域為第二組織區域，空白矩形區域為注射器；所述生物組織的幾何模型沿注射器與第一組織的邊界構建一個L形空間，用于描述注射器注射過程中注射點處組織的形變問題。

3.根據權利要求1所述的基于組織形變的磁流體回流濃度分布預測方法，其特征在于，所述步驟S2具體實現如下：

步驟S21、假定第一組織區域是一種不可壓縮的多孔超彈性介質，生物組織中小變形下的機械應力和組織應變滿足關系：

其中，ε_lm表示各方向上總應變的單個分量，σ_lm表示總應力張量在各個方向上的分量，β表示有效應力系數，P表示生物組織受到的壓力，δ_lm為Kronecker函數，當l＝m時該函數取1，其余情況取0，ν表示橫向變形系數，E表示彈性模量；

步驟S22、注射器注射過程中受到壓力而產生的大形變的應力-應變呈非線性，且形變過程中體積保持不變；Ogden形式的本構模型采用主拉伸作為基準變量，用其表示單位體積彈性應變能函數W：

其中，W為單位體積彈性應變能函數，λ₁、λ₂和λ₃表示主拉伸比，μ_i、α_i和γ_i表示材料參數，J表示變形梯度張量的行列式；

步驟S23、組織形變過程中產生的位移用組織固相中的應力變化來表示：

其中，ε_lm表示各方向上總應變的單個分量，▽表示哈密頓算子，u表示位移矢量，T表示矩陣轉置。

4.根據權利要求3所述的基于組織形變的磁流體回流濃度分布預測方法，其特征在于，所述固體基質彈性模型需要滿足邊界條件如下：

1)回流層與注射器針頭接觸的邊界不可移動；

2)回流層與組織接觸的邊界可自由移動；

3)外部壓力針頭與生物組織間的空隙變大，針頭壁與生物組織分離滿足邊界條件：

-n·ρ_nfv＝0

其中，n表示垂直于曲面元素的單位向量，ρ_nf表示納米流體的密度，v表示固相的速度；

4)回流層與組織接觸的邊界被設定為規定的牽引力：

其中，σ表示有效柯西應力張量，p表示間隙流體壓力，I表示單位張量，n表示垂直于曲面元素的單位向量，表示牽引力。

5.根據權利要求1所述的基于組織形變的磁流體回流濃度分布預測方法，其特征在于，所述步驟S3使用納維葉-斯托克斯方程構建用于描述回流層層性流動的流體運輸模型，并滿足質量守恒和動量守恒：

其中，ρ_f表示流體的密度，w表示流體流動的速度矢量，表示哈密頓算子，P_i表示組織壓力，μ表示磁流體的動態粘度，F表示每單位體積流體所受到的外力。