基于数字人体体素数据的电磁辐射模拟系统构建

论文摘要

随着现代技术的发展,电磁波和人类的生活越来越紧密。电磁波对人体的危害性已经被广泛的认同,国际非电离辐射防护委员会ICNIRP（International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection）和美国电气电子工程师协会IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）均对电磁辐射的防护标准进行了规定。基于数字人体的电磁辐射模拟的意义是建立一个电磁辐射强度和人体吸收剂量之间定量的关系,完善并补充电磁辐射模拟数据集,特别是针对中国人种的部分,同时也为新一代多维可变形性人体计算模型的发展与应用提供了参考。本课题以数字人体数据集为基础,构建数字人体体素数据的电磁辐射模拟系统。系统采用时域有限差分算法（FDTD Finite Difference Time Domain）计算方法,工作系统平台是RHEL（Redhat Enterprise Linux）5.0,使用的FDTD软件是由麻省理工学院（MIT）开发并更新维护的MEEP （MIT Electromagnetic Equation Propagation）开源软件,计算平台是浪潮英信NF520D高性能计算服务器。数据的处理为自编的一些辅助程序主要是c++和Matlab程序。安装并构建了一整套从提取VCH模型到计算比吸收率SAR（Specific Absorption Rate）和局部平均比吸收率LASAR（Local Average SAR）的计算体系。为验证系统的可靠性,分别采用点波源和平面波源验证FDTD算法和吸收层与边界条件,可以观察到电磁波的传播和在边界的吸收,平台实现了手机模型与人体体素模型的输入输出,相信更多复杂的模型都可以以类似方法导入。根据输出的电场分量可以求得SAR的分布并可根据质量分布求得LASAR。

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摘要

Abstract

1 绪论

1.1 电磁波对人体的危害

1.2 中国数字人

1.3 国内外研究现状

1.4 时域有限差分算法（FDTD）

1.5 本文所研究的内容

2 模型的构建

2.1 人体体素模型的构建

2.2 骨髓在模型中的体现

2.3 精确眼球模型的构建

2.4 手机模型的构建

3 计算平台的搭建及算法的实现

3.1 MEEP 软件的介绍与安装调用

3.2 OpenMP、SMP 与 MEEP-MPI 计算

3.3 MEEP 的工作方式与流程

3.4 MEEP 中激励源和PML 的设定

3.5 比吸收率SAR 与LASAR

4 FDTD 计算平台的测试

4.1 验证波源的正确性

4.2 验证手机辐射源的正确性

4.3 验证数字人模型导入的正确性

4.4 验证局部平均SAR 算法

4.5 MEEP 的中国数字人电磁辐射模拟计算

4.6 结果讨论

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

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