什么是生物电磁学?

生物电磁学 (BioEM) 是研究电磁场 (EM) 与人体相互作用的学科。这一领域在医疗设备(如成像与治疗设备)研发中占据重要地位,同时也与智能手机、电动汽车等产品息息相关,受国际非电离辐射防护委员会 (ICNIRP) 等机构的安全法规监管。人体结构复杂,由各种具有频率相关电磁和热学性能的材料组成。为应对这类复杂性,需借助专业的建模与仿真方法。

CST Studio Suite 提供先进的电磁与多物理场仿真工具,有助于应对近人体电气工程设计难题。  其功能强大的设计工具与逼真的材料模型能够精准刻画电子设备及人体细节。高性能求解器技术则可快速且准确地仿真人体复杂环境中的电磁场分布。

人体电磁场

人体的复杂结构需要详尽的仿真模型。SIMULIA 软件支持多边形 (CAD) 人体模型与体素人体模型,用户可在工具中为这些模型设置真实的测试场景。此外,SIMULIA 提供多种适用于仿真的人体模型,涵盖不同体型。

CST Studio Suite 仿真解决方案还包括准确的生物热模型,综合考虑血流与代谢热等体温调节效应,从而逼真地仿真电磁场对人体的加热作用。

BioEM 仿真示例

面向生命科学的生物电磁学仿真

磁共振成像 (MRI) 、微波成像、透热疗法等医疗设备均依赖电磁场运行。 例如,高效且高分辨率 MRI 扫描仪的研发需深入理解从静态磁场到射频脉冲的多重叠加场,及其与人体分子之间的复杂相互作用。

电磁仿真可建模电磁波在人体内的传播及其与组织的相互作用,无论是预期的治疗效果还是潜在的副作用,均可精准呈现。设备工程师和医生可借助仿真结果分析人体对能量的吸收情况,从而验证设备设计与治疗方案。例如,可利用仿真方法验证植入物与起搏器等设备在扫描过程中的安全性,或计算射频 (RF) 透热疗法的加热模式及安全功率范围。  

SIMULIA 的 MRI 仿真方法通过全系统建模,将所有线圈及其控制电路与患者模型集成,仿真整体扫描过程。此方法有助于 MRI 技术人员根据人体结构调试线圈,实现最佳成像效果。

应用领域包括:

  • MRI
  • 射频和微波成像
  • 透热疗法和高热疗法
  • 植入物安全性
  • 可穿戴和植入式电子设备
起搏器的生物电磁学仿真 > 达索系统

关于生物电磁学仿真的常见问题答疑

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