[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

本發明涉及一種基于組織形變的磁流體回流濃度分布預測方法。該方法包括：步驟S1、構建生物組織幾何模型；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、耦合求解流體場和固體場，并使速度?濃度耦合分析獲得磁流體在模型組織間質內的濃度分布。本發明通過模擬外部壓力對組織形變的影響，從而預測注射過程中組織形變對組織間質內磁納米粒子分布的影響。

技術領域

本發明涉及納米粒子的建模技術領域，具體涉及一種基于組織形變的磁流體回流濃度分布預測方法。

背景技術

近年來，隨著納米技術的發展，磁納米熱療技術成為了一種新興的組織熱消融技術。將含有磁性納米粒子的流體定向注入生物組織區域，通過施加交變磁場，磁性納米粒子吸收磁場的能量并將熱量轉化為熱能，從而使得目標組織區域的溫度提高至42℃-46℃，實現局部組織消融的目的。實際治療過程中磁性納米流體的濃度分布會對治療效果產生影響，流體濃度分布通常會受到注射器針孔直徑、注射速率、納米流體劑量和納米流體的性質的影響。

生物組織被認為是一種不可壓縮的多孔超彈性介質。注射過程中組織受到外部壓力產生局部擴張的過程可被描述為一種慣性力較小的準靜態形變過程。注射過程中的彈性形變會改變生物組織材料的特性，從而導致磁納米流體的濃度分布發生變化。因此，本發明通過構建固體基質彈性模型和流體運輸模型，并進行耦合分析，以研究注射過程中外部壓力對組織形變的影響，最終能預測由于輸入注射壓力導致的組織內磁納米流體回流后的真實濃度分布。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于組織形變的磁流體回流濃度分布預測方法，實現了注射過程中組織形變對磁納米粒子的濃度分布情況的分析。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種基于組織形變的磁流體回流濃度分布預測方法，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。

在本發明一實施例中，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。

在本發明一實施例中，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；