一种轴对称物理场的计算方法技术

一种轴对称物理场的计算方法，所述物理场的场值轴对称分布，根据物理场公式计算出不同的轴向和半径对应的场值；将计算得到的场值存储至数据库，得到以轴向和半径为索引的物理场分布数据库；根据物理源的三维空间方位，计算出空间任意点的轴向和半径；根据轴向和半径从数据库中读取对应的物理场值，便可计算任意点处单物理源作用下的物理场分布值。本发明专利技术方法在离线状态下根据物理场公式按照固定步进计算出z方向上不同半径r对应的场值，并将计算结果存储在计算机数据库中，然后在实际应用计算过程中，根据轴向z和半径r作为数据库的索引，从数据库中获取对应的场值，运算速度快，可快速计算出物理场分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种物理场的计算方法，更具体的，涉及一种计算单个物理源作用下场值遵循轴对称分布的物理场的方法。
技术介绍
目前，关于物理场分布的计算多采用有限元仿真的方法，通过计算机根据物理场公式来计算每个有限元的场值，这种实现过程往往需要大量指数运算和幂运算，计算效率低，严重影响其在具体功能应用中的实时性。例如在肿瘤微波介入治疗中，通过实验测量及组合方程式计算出微波辐射天线在不同辐射功率、不同天线类型、不同功率作用时间及不同癌变组织的血流灌注条件下的实时三维凝固热场分布，再根据不同条件的排列组合，建立计算机模型，利用有限元分析求出三维凝固热场的分布数据库。专利号为02116887.3的中国专利技术专利公开了类似的计算方法。这种方法需要计算生物传热方程和微波辐射能力SAR的分布函数方程，计算费时，并且建立的三维凝固热场分布数据库规模巨大，不方便存储及维护。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以快速计算出单个物理源作用下场值遵循轴对称分布的物理场分布场值的方法。为了实现上述目的，本专利技术采取如下的技术解决方案：一种轴对称物理场的计算方法，所述物理场的场值轴对称分布，步骤如下：步骤一、根据物理场公式计算出不同的轴向z和半径r对应的场值；步骤二、将计算得到的场值存储至数据库，得到以轴向z和半径r为索引的物理场分布数据库；步骤三、根据物理源的三维空间方位，计算出空间任意点P的轴向z和半径r：其中，为原点O到P点在对称轴上的投影P’的矢量，为P点到其在对称轴上的投影P’的矢量；步骤四、根据轴向z和半径r从数据库中读取对应的物理场值，便可计算P点处单物理源作用下的物理场分布值。进一步的，所述步骤三中的其中，为原点O到P点的矢量，为对称轴的正方向。进一步的，所述物理场为微波辐射热场，所述步骤一中的物理场公式为最终平面分布函数SAR＝ρce-αr[X0Z3+X1Z2+X2Z+X3]，根据最终平面分布函数计算不同的轴向z和半径r对应的微波辐射热场值。由以上技术方案可知，本专利技术方法在离线状态下先根据物理场公式按照固定步进计算出z方向上不同半径r对应的场值，并将计算结果存储在计算机数据库中；然后在实际应用计算过程中，通过简单的几何计算轴向z和半径r作为索引值用于数据库的索引，减少了计算量，运算速度快，大大提升了物理场分布的计算速度，能达到快速计算物理场分布的效果，解决了物理场分布场值计算效率低的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为单个物理源三维空间场值索引计算示意图；图2为微波天线三维空间场值索引计算示意。具体实施方式为了让本专利技术的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本专利技术实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。如图1所示，对于单个物理源作用下场值遵循轴对称分布的物理场来说，在柱坐标系下，某一点P处的场值只与轴向z和半径r有关，与角度θ无关。本专利技术方法的基本思路是：首先根据物理场公式按照固定步进计算出z方向上不同半径r对应的场值；将计算得到的场值存储至数据库，形成以轴向z和半径r为索引的物理场分布数据库；根据已知物理源的三维空间方位，计算出空间中任意一点P处物理场值的索引：轴向和半径以轴向z和半径r作为索引从数据库中读取对应的物理场值，便可快速计算出特定位置处单物理源作用下的物理场分布值。以上是本专利技术的核心思想，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。下面以肿瘤微波介入治疗热场计算为例对本专利技术方法进行详细说明，类似的单个物理源作用下场值遵循轴对称分布的物理场还有射频介入治疗中的射频辐射热场、粒子植入介入治疗中的放射性辐射剂量场等。如图2所示，肿瘤微波介入治疗中，微波天线作为物理源，其产生的热场是以微波天线的轴线为对称轴对称分布的，采用本专利技术方法计算微波介入治疗的热场分布的步骤如下：步骤一、根据最终平面分布函数以计算出不同的轴向z和半径r对应的微波辐射热场值；由生物传热方程和微波辐射能量SAR的分布函数方程SAR＝ρce-αr[X0Z3+X1Z2+X2Z+X3][cos(X5θ)+X4]构成的组合方程式，经预实验后，得到最终平面分布函数SAR＝ρce-αr[X0Z3+X1Z2+X2Z+X3]，根据最终平面分布函数计算出不同的轴向z和不同半径r对应的微波辐射热场(SAR)值，前述公式中的ρ为组织密度，c为比热，T为温度，t为时间，Qr为空间分布函数，通常记为SAR，ΔT为温度差，K为组织导热系数，Mb、Cb分别为血液的灌注率和比热，Tb为区域动脉血温，e为自然常数，α、X0、X1、X2、X3均是实验系数，前述实验系数只与变量z和r有关，与变量θ无关，实验系数是通过实验测得的多组SAR、ρ、c、r、z值根据平面分布函数联立方程组，然后求解方程组得到；步骤二、将根据最终平面分布函数计算得到的不同的轴向z和半径r对应的SAR值存入计算机数据库中，得到以轴向z和半径r为索引的物理场分布数据库；步骤三、根据物理源——微波天线的三维空间方位，计算出空间任意点P的轴向z和半径r；如图2所示，计算微波实时热场分布时，以天线的正向为z轴的正方向微波辐射源的原点(热场中心)为O，θ为P点与微波辐射源的原点O之间的连线与z轴间的夹角，由θ=π-arccos(OD→×OP→|OD→||OP→|);]]>得，空间中任意一点P的轴向半径步骤四、根据轴向z和半径r从数据库中读取对应的SAR值，便可快速计算出肿瘤微波介入治疗热场的分布。本专利技术方法在离线状态下根据物理场公式按照固定步进计算出z方向上不同半径r对应的场值，并将计算结果存储在计算机数据库中，不影响实际应用计算时的实时性；然后在实际应用计算过程中，只应用到一些简单的基本数学运算来求出轴向z和半径r，用于数据库的索引，运算速度快，大大提升了物理场分布的计算速度，能达到快速计算物理场分布的效果。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本专利技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本专利技术的精神本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴对称物理场的计算方法，其特征在于：所述物理场的场值轴对称分布，步骤如下：步骤一、根据物理场公式计算出不同的轴向z和半径r对应的场值；步骤二、将计算得到的场值存储至数据库，得到以轴向z和半径r为索引的物理场分布数据库；步骤三、根据物理源的三维空间方位，计算出空间任意点P的轴向z和半径r：其中，为原点O到P点在对称轴上的投影P’的矢量，为P点到其在对称轴上的投影P’的矢量；步骤四、根据轴向z和半径r从数据库中读取对应的物理场值，便可计算P点处单物理源作用下的物理场分布值。

【技术特征摘要】
1.一种轴对称物理场的计算方法，其特征在于：所述物理场的场值轴对称分布，步骤如下：
步骤一、根据物理场公式计算出不同的轴向z和半径r对应的场值；
步骤二、将计算得到的场值存储至数据库，得到以轴向z和半径r为索引的物理场分布数据库；
步骤三、根据物理源的三维空间方位，计算出空间任意点P的轴向z和半径r：
其中，为原点O到P点在对称轴上的投影P’的矢量，为P点到其在对称轴上的投影P’的矢量；
步骤四、根据轴向z和半径r从数据库中读取对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆辉，陈钢，谢波，叶鹏飞，梁萍，程志刚，
申请(专利权)人：珠海和佳医疗设备股份有限公司，珠海和佳生物电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44