基于中國可視人數據集的時域有限差分法人體頭部電磁仿真模型構建

李昊澄，寧旭，譚立文，金貴，許佳，秦明新

陸軍軍醫大學生物醫學工程與影像醫學系，重慶400038

前言

腦磁感應檢測技術的發展離不開電磁檢測理論的指導，而電磁仿真模型則從理論上提供了探索、研究電磁信號在不同病理條件下人腦電磁特性變化規律的工具。人體頭部電磁仿真模型可對磁感應相位移技術（Magnetic Inductive Phase Shift, MIPS）［1］、電阻抗斷層成像技術（Electrical Impedance Tomography, EIT）［2］、電阻抗頻譜法（Electrical Impedance Spectroscopy, EIS）［3］、微波成像（Microwave Imaging, MWI）［4］等檢測技術的后續研究提供支持。時域有限差分法（Finite‐Difference Time‐Domain,FDTD）［5］是目前在國際上應用非常廣泛的一種研究生物體電磁效應的方法［6］，這種方法可以很好地解決有關非均勻介質、任意形狀和復雜結構散射體以及輻射系統和散射體的電磁問題，并且在這方面比較突出［7］。使用FDTD 模擬人體組織的仿真需要將人體組織的計算空間進行體素化（Voxelization）［8］，其最為關鍵的一點就是使用體素單元對一些復雜的生物組織和結構進行相應的構造，也就是用FDTD 的體素單元對人體頭部內各種器官和組織進行模擬。本文基于中國數字化人體數據集［9］構建可用于電磁計算的FDTD 人體頭部電磁模型。

1 CAD技術實現人體頭部三維模型

在研究人體模型的電磁特性時，必須要對人體模型的幾何以及物理參數進行一些比較詳細的描述，并對人體模型進行體素化離散以符合FDTD 要求［10］。但一般條件下，研究者可以獲得的人體斷層解剖圖像，如通過CT 成像和MRI 成像等所獲得的人體斷層解剖圖，無法提供FDTD計算所需要的物理參數電磁描述，因此需制作人體FDTD體素化模型以符合FDTD 仿真的要求?！?br>