[发明专利]基于组织形变的琼脂糖凝胶内磁流体空间分布预测方法

说明书

本发明涉及一种基于组织形变的琼脂糖凝胶内磁流体空间分布预测方法，包括以下步骤：步骤S1：构建琼脂糖凝胶模型，所述模型材料采用多孔介质；步骤S2：利用达西定律预测琼脂糖凝胶内部的压力变化；步骤S3：构建多孔介质内部形变过程的数学模型;步骤S4：采用有限元的方法，对模型进行流体场和固体场的耦合求解，获得因组织内部压力改变，而产生的琼脂糖凝胶内部的应变；步骤S5：采用速度‑浓度顺序耦合的方法，利用对流‑扩散‑吸收方程预测组织内部的磁流体浓度分布。本发明实现对受到流体流速和组织形变影响的琼脂糖凝胶内部的磁流体浓度分布进行预测。

技术领域

本发明涉及磁流体分布分析领域，具体涉及一种基于组织形变的琼脂糖凝胶内磁流体空间分布预测方法。

背景技术

磁热疗技术是生物工程领域中，一种具有极大发展前景的组织消融技术。它是通过将磁流体注入多孔组织中，施加交变磁场，使得磁纳米粒子散热，最终导致目标组织消融。琼脂糖凝胶是一种常见的多孔材料，常用于模拟各类流体在多孔介质中的流动。

磁流体在目标组织中的空间分布，极大程度的决定了组织消融区域的最大的范围。磁流体注入琼脂糖凝胶的过程会导致多孔组织内部的压力、应力和应变等产生变化，进而导致多孔介质内部产生相应的位移，而多孔介质内的磁流体分布又会受到组织位移、形变的极大影响。因此，研究磁流体注入多孔组织的过程及其产生的压力、位移和磁纳米粒子浓度分布具有非常重要的实际意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于组织形变的琼脂糖凝胶内磁流体空间分布预测方法，实现对受到流体流速和组织形变影响的琼脂糖凝胶内部的磁流体浓度分布进行预测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于组织形变的琼脂糖凝胶内磁流体空间分布预测方法，包括以下步骤：

步骤S1：构建琼脂糖凝胶模型，所述模型材料采用多孔介质；

步骤S2：利用达西定律预测琼脂糖凝胶内部的压力变化；

步骤S3：构建多孔介质内部形变过程的数学模型；

步骤S4：采用有限元的方法，对模型进行流体场和固体场的耦合求解，获得因组织内部压力改变，而产生的琼脂糖凝胶内部的应变；

步骤S5：采用速度-浓度顺序耦合的方法，利用对流-扩散-吸收方程预测组织内部的磁流体浓度分布。

进一步的，所述步骤S1具体为：

步骤S11:构建一个椭球形的琼脂糖凝胶模型

步骤S12:在琼脂糖凝胶模型中心位置建立一个半球体，该半球体的半球面作为磁流体的流入面，之后构建一个与半球体半径相等的圆柱体，垂直插入琼脂糖凝胶模型中心直到与半球体底面相交，该圆柱体与半球体形成一个联合体；

步骤S13:将琼脂糖凝胶模型与构建的联合体进行求差，取其中四分之一作为计算范围。

进一步的，所述步骤S2具体为：

步骤S21：流体在多孔组织中的物质传递与守恒满足连续性方程：

其中，p是多孔组织间隙的压力，初始状态下组织内部的压力值为p₀，是组织的孔隙率，t是流体流动在间质内流动的时间，是磁流体的流速；

步骤S22：利用达西定律构建流体在组织中的流动过程：

其中，k是组织的渗透率，μ是间质液的动力粘度；

步骤S23：联立求解步骤S21和步骤S22中关于流体速度和间隙压力的方程，获得组织的速度场分布和压力场分布。