[发明专利]一种模拟预测血流中血细胞流变行为的方法

权利要求书

1.一种预测和控制血细胞流变行为的方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1.将细胞自由能方程与细胞运动方程带入细胞场动力学方程，得到细胞相场方程，并通过有限差分法离散所述细胞相场方程，建立细胞相场模型；

S2.将描述流体分子运动的连续玻尔兹曼方程离散成格子玻尔兹曼方程，利用MRT多松弛模型将碰撞算子线性化；

S3.初始化网格，确定边界条件；边界条件应设置为血管两端为开放边界，管壁侧为固壁边界；输入细胞设置管壁、血栓、粥样硬块等物质的的分布和形状用非零的序参量常数描述；

S4.输入细胞参数和血液参数，初始化细胞分布及形状，并将单个细胞相场信息存入一个三位数组，将所有细胞的数组存入一个动态数组；

S5.进行细胞相场演化，将细胞参数及当前时刻的细胞相场信息代入细胞相场方程，迭代求解下一时刻的细胞相场信息及细胞活跃速度；

S6.进行血液流场演化，利用格子玻尔兹曼方程求解流场的迁移和松弛，计算得到流场对细胞的作用力；

S7.求解细胞与流场相互作用，用动量交换的方法将流体力转换为细胞速度变化，并代入细胞相场方程，将流体对细胞作用项转换为细胞速度的变化；

S8.重复步骤S5至S7，直至目前时刻等于设定的计算时长时停止计算；

S9.输出相场信息，流场信息；

S10.进行数据处理和分析，得到细胞流变形为的预测结果。

2.根据权利要求1所述的模拟预测血细胞流变行为的方法，其特征在于：在所述步骤S1中，描述细胞自由能随时间变化的细胞场动力学方程表达式为：

其中，为相场的序参量，表示t时刻第i个细胞在(x,y,z)处的细胞序参量值；在描述细胞时，表示细胞内部，表示细胞外部，表示细胞界面；δ表示泛函导数为梯度算子；

单个细胞的自由能的表达式为：

式中，F表示所有细胞总自由能，F＝F₀+F_int，其中F₀表示单个细胞的自由能，F_int表示细胞之间相互作用的能量；

细胞活跃速度的表达式为：

式中，v_i＝v_i,A+v_i,I；

v_i表示细胞速度，包括细胞活跃速度与细胞内在速度两部分；v_i,A表示细胞活跃速度，是由于细胞间的作用及流体与细胞间的作用而产生的；

v_i,I表示细胞内在速度，是由于细胞自身维持活性所发生的一系列生化反应所产生；

γ表示细胞弹性大小；κ表示细胞重叠时的能量损耗；λ用以控制细胞边界层宽度；R表示初始时细胞半径；μ为细胞的体积系数；其中ξ表示两细胞之间的摩擦系数；

将细胞自由能方程与细胞运动方程带入细胞动力学方程可得细胞相场方程，即：

3.根据权利要求2所述的模拟预测血细胞流变行为的方法，其特征在于：所述通过有限差分法离散所述细胞相场方程，包括利用有限差分方法求解拉普拉斯算子和利用有限差分方法求解梯度算子；

其中，利用有限差分方法求解拉普拉斯算子：

其中，利用有限差分方法求解梯度算子：

其中h表示空间步长。