基于中国可视人数据集的时域有限差分法人体头部电磁仿真模型构建

李昊澄，宁旭，谭立文，金贵，许佳，秦明新

陆军军医大学生物医学工程与影像医学系，重庆400038

前言

脑磁感应检测技术的发展离不开电磁检测理论的指导，而电磁仿真模型则从理论上提供了探索、研究电磁信号在不同病理条件下人脑电磁特性变化规律的工具。人体头部电磁仿真模型可对磁感应相位移技术（Magnetic Inductive Phase Shift, MIPS）［1］、电阻抗断层成像技术（Electrical Impedance Tomography, EIT）［2］、电阻抗频谱法（Electrical Impedance Spectroscopy, EIS）［3］、微波成像（Microwave Imaging, MWI）［4］等检测技术的后续研究提供支持。时域有限差分法（Finite‐Difference Time‐Domain,FDTD）［5］是目前在国际上应用非常广泛的一种研究生物体电磁效应的方法［6］，这种方法可以很好地解决有关非均匀介质、任意形状和复杂结构散射体以及辐射系统和散射体的电磁问题，并且在这方面比较突出［7］。使用FDTD 模拟人体组织的仿真需要将人体组织的计算空间进行体素化（Voxelization）［8］，其最为关键的一点就是使用体素单元对一些复杂的生物组织和结构进行相应的构造，也就是用FDTD 的体素单元对人体头部内各种器官和组织进行模拟。本文基于中国数字化人体数据集［9］构建可用于电磁计算的FDTD 人体头部电磁模型。

1 CAD技术实现人体头部三维模型

在研究人体模型的电磁特性时，必须要对人体模型的几何以及物理参数进行一些比较详细的描述，并对人体模型进行体素化离散以符合FDTD 要求［10］。但一般条件下，研究者可以获得的人体断层解剖图像，如通过CT 成像和MRI 成像等所获得的人体断层解剖图，无法提供FDTD计算所需要的物理参数电磁描述，因此需制作人体FDTD体素化模型以符合FDTD 仿真的要求。……