生物电磁学仿真框架构建及儿童可变形模型的电磁辐射模拟应用

发布时间：2021-08-08 08:49

　　射频电磁辐射已广泛存在于日常生活中。根据目前已有的研究结果,在使用手机等日常情景下,儿童和青少年吸收的电磁辐射剂量会高于成年人,国际癌症研究机构已将射频电磁辐射列入2B类致癌物。准确评估日常生活中儿童和青少年吸收的电磁辐射剂量非常重要。数值模拟技术是评估生物体电磁辐射剂量的常用方法。准确评估人体电磁辐射剂量的要素包括能够支持生物组织特性、匹配生物组织的吸收边界、可处理高精度模型的大规模数据、计算生物电磁学剂量和能获取计算细节的计算电磁学计算平台,以及能代表研究目标群体的人体模型。商业软件能够满足生物电磁学研究的部分需求,但无法获取模拟计算的细节,且难以有针对性的计算不同种类的比吸收率（SAR）数据。开源软件免费、容易获取、能监测计算细节,但无法使用某一款开源软件完成计算电磁场分布和生物电磁学剂量评估,或没有实现匹配生物组织的介质特性和高效吸收边界,或无法支持数据规模较大的高精度模型。本文以时域有限差分算法（FDTD）为基础,开发了一套能够满足生物电磁学辐射剂量评估研究需求的跨平台开源并行仿真框架MedFDTD,其创新性是能够同时支持生物组织特性介质计算、匹配生物组织的吸收边界、评估生物... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：118 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

研究内容与技术路线

图 2.1 Yee 元胞以及其中的电场分量与磁场分量分布格式。Figure 2.1 Yee cell and the distribution pattern of electric field component and magnetic fieldcomponent.2.2 FDTD 算法数值稳定性分析FDTD 算法利用中心差分替代偏微分的方法，将麦克斯韦方程组转换为有限差程组，以差分方程组的解来代表麦克斯韦方程组的解，此时，必须考察有限差分组的解的数值稳定性。假设介质为各向同性线性介质，将场分量的迭代公式转换到频域，即：x|￠ = xn 12 j (i 12)kxΔx jkyΔy kkzΔz ( y|￠ = yn 12 j ikxΔx (j 12)kyΔy kkzΔz (

图 2.2 CPML 验证实验场景设计示意图。Figure 2.2 CPMLverification scenario.中采样点处的电场值， ( )为实验 B 式为：||￡|dB= ￡ e(t) E(t) max (E(t) CPML 的虚假反射率随时间的变化传播，CPML 的虚假反射率最高约为-虚假反射率为-93 dB。在 FDTD 算法虚假反射对电磁辐射模拟计算结果的放的自由空间。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3329635