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申请/专利权人：福州大学

摘要：本发明涉及一种基于相位滞后传热行为的生物组织温度预测方法，包括以下步骤：步骤S1:构建生物组织的几何模型；步骤S2：基于生物组织的几何模型，将生物组织内磁纳米粒子浓度分布设置为高斯分布；步骤S3：通过SPL、DPL和GDPL生物传热理论，构建生物组织内三种相位滞后传热模型并设置边界条件；步骤S4：计算浓度耦合温度的多物理场，模拟生物组织内不同模型的温度变化。本发明能有效预测生物组织的温度随时间变化的演化过程和温度场分布。

主权项：1.一种基于相位滞后传热行为的生物组织温度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:构建生物组织的几何模型；步骤S2：基于生物组织的几何模型，将生物组织内磁纳米粒子浓度分布设置为高斯分布；步骤S3：通过SPL、DPL和GDPL生物传热理论，构建生物组织内三种相位滞后传热模型并设置边界条件；步骤S4：计算浓度耦合温度的多物理场，模拟生物组织内不同模型的温度变化；所述步骤S1，具体为：步骤S11：构建一个圆形和一个椭圆形分别代表不同的生物组织，其中第二组织区域用圆形表示，第一组织区域包含于第二组织区域内部；步骤S12：分别为两种不同的生物组织设置基本材料参数；所述材料参数包括密度、导热系数、恒压比热容和血液灌注率，不同组织区域的材料参数不同；磁纳米粒子高斯分布，具体为 其中，x和y分别表示构建的二维几何模型的坐标值，dx和dy分别表示磁纳米粒子从几何模型中心处向x和y方向外扩散的距离；所述生物组织内三种相位滞后传热模型包括基于SPL生物传热理论的生物传热数学模型： 其中，k表示生物组织的导热系数，表示哈密顿算子，ρ表示生物组织的密度，c表示生物组织的恒压比热容，cb表示生物组织中血液的恒压比热容，ρb表示生物组织中血液的密度，Tb表示生物组织中动脉血液的温度，T表示生物组织的瞬时温度，Qmet表示生物组织的体积代谢产热率，QMNP表示磁纳米粒子在交变磁场的作用下产生的热量，τq表示热通量的相位滞后时间；基于DPL生物传热理论的生物传热数学模型： 其中，表示哈密顿算子，T表示生物组织的瞬时温度，ρ表示生物组织的密度，c表示生物组织的恒压比热容，k表示生物组织的导热系数，cb表示生物组织中血液的恒压比热容，ρb表示生物组织中血液的密度，Tb表示生物组织中动脉血液的温度，Qmet表示生物组织的体积代谢产热率，QMNP表示磁纳米粒子在交变磁场的作用下产生的热量，τq表示热通量的相位滞后时间，τT表示温度梯度的相位滞后时间；基于GDPL传热理论的生物传热数学模型为： 其中，τq表示热通量的相位滞后时间，τT表示温度梯度的相位滞后时间，表示哈密顿算子，Ts表示固体间质组织的瞬时温度，ρb表示生物组织中血液的密度，kb表示血液的导热系数，cb表示生物组织中血液的恒压比热容，Tb表示生物组织中动脉血液的温度，Qmet表示生物组织的体积代谢产热率，QMNP表示磁纳米粒子在交变磁场的作用下产生的热量,ε表示生物组织的孔隙率，G表示生物组织内血管和固体间质组织之间的耦合系数，ks表示固体间质组织的导热系数，ρs表示固体间质组织的密度，cs表示固体间质组织的恒压比热容；所述基于GDPL传热理论的生物传热数学模型中的温度梯度的相位滞后时间与生物组织内血液和固体间质组织的性质有关，具体表示为： 其中，ε表示生物组织的孔隙率，ρb表示生物组织中血液的密度，cb表示生物组织中血液的恒压比热容，G表示生物组织内血管和固体间质组织之间的耦合系数，kb表示血液的导热系数，ks表示固体间质组织的导热系数；基于GDPL传热理论的生物传热数学模型中的热通量的相位滞后时间与生物组织内血液和固体间质组织的性质有关，具体表示为： 其中，ε表示生物组织的孔隙率，ρb表示生物组织中血液的密度，cb表示生物组织中血液的恒压比热容，G表示生物组织内血管和固体间质组织之间的耦合系数，ρs表示固体间质组织的密度，cs表示固体间质组织的恒压比热容；所述边界条件包括初始条件和对流冷却边界条件，具体表示为：1在外界交变磁场与生物组织内的磁纳米粒子发生磁热作用前，生物组织的初始温度满足第一类边界条件：T1x,y,0＝T2x,y,0＝37℃8 其中，下标1和2分别表示第一组织区域和第二组织区域,T1和T2分别表示第一组织区域和第二组织区域的生物组织的温度,x和y分别表示构建的二维几何模型的坐标值，t表示生物组织传热模型的求解时间；2第二组织区域外边界的对流冷却作用满足第二类边界条件： 其中，n表示垂直于组织体内单位元素的单位向量,k表示生物组织的导热系数，h表示生物组织的对流换热系数，Tb表示动脉血液的温度，Tamb表示第二组织区域外部的温度；所述步骤S4具体为：基于SPL、DPL和GDPL生物传热理论的生物传热数学模型都是偏微分方程，将生物组织的材料参数和磁纳米粒子的参数作为模型的输入，采用有限元分析方法求解三种相位滞后生物传热数学模型所得到的温度分布及其随时间的变化。

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