CN108877445A - 一种基于dla分形重构耳垂模型中血液分布的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于DLA分形重构耳垂模型中血液分布的方法，包括：DLA分形；根据耳垂模型的血液空间的大小、形状以及对血液分布本身的需求配置参数，使得形成的血液层更接近真实的血液分布状况；结合新构建的血液层，赋予它血液的相对介电常数值，使它在耳垂模型有效发挥血液层的作用，参与仿真。

Description

一种基于DLA分形重构耳垂模型中血液分布的方法

技术领域

本发明属于DLA分形、模拟、微波无创检测技术领域。

背景技术

目前，糖尿病的发病率不断增长，而诸多无创和微创的方法都未免给患者带来身体上的痛苦和精神的压力，增大了感染的风险。人们迫切希望一种精准的无创检测血糖的方法诞生。建立生物模型仿真是研究当中重要的环节，节省大量人力、物力、财力。使用更贴近实际的生物模型，构建更贴近实际的仿真环境对研究的有效进行至关重要。

自然界中那些复杂无规则的几何对象。例如，弯曲的海岸线、起伏的山脉粗糙的断面、变幻的浮云、蜿蜒曲折的河流、纵横交错的血管以及令人眼花僚乱的满天繁星等。它们都具有极不规则或极不光滑的特点，将这些对象统称为分形。

自1981年美国埃克森公司的Thomas A.witten和Leunard M.Sander提出扩散限制凝聚(Diffusion limited Aggregation)的分形理论模型以来，距今已有30多年，该模型产生以后就很快得到了各国科学家们的青睐并用它来解释自然界或实验室中各种与分形形态有关的生长现象和凝聚现象。应用如：超薄膜的分形生长研究、粘性指进模拟、纺织品图案设计、分形植物形态模拟、在流体驱动中的应用等。

本专利基于以上提出一种将DLA分形技术应用于耳垂模型中血液构建的方法，模拟人体血液分布的连续性、复杂性、随机性、网络性，构建更符合实际的耳垂模型辅助血糖检测研究。

发明内容

本发明提供一种将DLA分形技术应用于耳垂模型的血液构建的方法，使得仿真模型更加贴近实际的环境。本发明的技术方案如下：

一种基于DLA分形重构耳垂模型中血液分布的方法，包括下列步骤：

(1)在二维平面中心放置一个粒子作为种子粒子；

(2)在形状一定的空间内随机产生粒子或者以种子粒子为圆心，半径为R的圆周上随机释放粒子，方法不固定，每次释放一个随机粒子，该粒子在二维平面内以布朗运动的方式做随机运动；

(3)随机粒子每运动一步，都会判断其最近邻(上、下、左、右)四个位置的状态，若没发现有种子粒子存在，则粒子继续运动；否则运动粒子粘附到种子粒子上并和旧的种子粒子一起成为新的种子粒子即凝聚体，同时也要判断，若随机粒子游走到形状一定的空间之外或者随机粒子与二维平面中心种子粒子的距离d>R，则此次游走无效，重新释放随机粒子；

(4)不断重复上面的循环，完成需要的循环次数；

(5)根据耳垂模型的血液空间的大小、形状以及对血液分布本身的需求配置参数，使得形成的血液层更接近真实的血液分布状况；

(6)结合新构建的血液层，赋予它血液的相对介电常数值，使它在耳垂模型有效发挥血液层的作用，参与仿真。

附图说明

图1 DLA分形图案

图2线种DLA分形图

图3 DLA模拟血液的二值图

图4 DLA模拟血液耳垂模型图

图5不同血糖浓度下的时域仿真结果图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

1.构建DLA血液的分布。DLA分形模型的原理为首先确定一种子粒子，在距种子较远的某一区域中逐个释放粒子，并让其围绕种子粒子做无规则运动，当它与种子粒子相接触时，便永远的粘附在其上，和原来种子粒子一起成为新的种粒子，程序重新释放游走粒子；当它运动到某一范围之外时，粒子消失，程序重新释放游走粒子。粒子的每一步游动完全是随机的。DLA有两种标准模型，一是种子粒子为一个像素点时的标准DLA分形模型，如图1。二是种子粒子为一条直线时的标准DLA分形模型，如图2。当然还有很多的其他的形式。本专利将以DLA标准模型1为例简单说明，将构建的血液分布应用于耳垂模型。构建的血液分布的二值图如图3所示，因为空间的缘故，分布的形状与血液的总体形状有所差距，但是可以看出它的连续性、复杂性和分布随机性，表达出本专利的方法思维。具体步骤如下：

(1)在二维平面中心放置一个粒子作为种子粒子。

(2)在形状一定的空间内随机产生粒子或者以种子粒子为圆心，半径为R的圆周上随机释放粒子，方法不固定。每次释放一个随机粒子，该粒子在二维平面内以布朗运动的方式做随机运动。

(3)随机粒子每运动一步，都会判断其最近邻(上、下、左、右)四个位置的状态，若没发现有种子粒子存在，则粒子继续运动；否则运动粒子粘附到种子粒子上并和旧的种子粒子一起成为新的种子粒子即凝聚体。同时也要判断，若随机粒子游走到形状一定的空间之外或者随机粒子与二维平面中心种子粒子的距离d>R，则此次游走无效，重新释放随机粒子。

(4)不断重复上面的循环，完成需要的循环次数，程序结束。

(5)根据模型的血液空间的大小、形状以及对血液分布本身的需求可以灵活的配置参数，使得形成的血液层更接近真实的血液分布状况，能在生物模型中发挥良好的作用。

2.结合新构建的血液分布，赋予它血液的相对介电常数值，使它在耳垂组织结构的模型(皮肤+脂肪+血液+脂肪+皮肤)有效发挥血液层的作用，参与仿真。重构的耳垂模型如图4所示。

3.将两个天线置于耳垂模型的两侧，发射天线发射高斯波信号，接收天线接收穿过耳垂模型的信号；

通过改变血液的介电常数来改变耳垂模型中血液的血糖浓度并进行仿真，接收到的穿过耳垂模型的不同血糖浓度的血液的信号的时域仿真结果如图5所示。可以看出，当血液中的血糖浓度变化时，接收波在时域上有幅值的变化，这表明，通过血糖浓度不同的血液时，发射波波的能量受到损失，验证了采取本专利重构的血液分布在模型中的有效性。DLA分形也同样适用于其他生物模型的血液构建或者其他复杂无规则的对象的构建。

Claims (1)

1.一种基于DLA分形重构耳垂模型中血液分布的方法，包括下列步骤：

(1)在二维平面中心放置一个粒子作为种子粒子；

(2)在形状一定的空间内随机产生粒子或者以种子粒子为圆心，半径为R的圆周上随机释放粒子，方法不固定，每次释放一个随机粒子，该粒子在二维平面内以布朗运动的方式做随机运动；

(3)随机粒子每运动一步，都会判断其最近邻(上、下、左、右)四个位置的状态，若没发现有种子粒子存在，则粒子继续运动；否则运动粒子粘附到种子粒子上并和旧的种子粒子一起成为新的种子粒子即凝聚体，同时也要判断，若随机粒子游走到形状一定的空间之外或者随机粒子与二维平面中心种子粒子的距离d>R，则此次游走无效，重新释放随机粒子；

(4)不断重复上面的循环，完成需要的循环次数；

(5)根据耳垂模型的血液空间的大小、形状以及对血液分布本身的需求配置参数，使得形成的血液层更接近真实的血液分布状况；

(6)结合新构建的血液层，赋予它血液的相对介电常数值，使它在耳垂模型有效发挥血液层的作用，参与仿真。