复杂电磁环境中人体吸收电磁能量的数值仿真方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113849972A(43)申请公布日2021.12.28(21)申请号202111090168.2(22)申请日2021.09.16(71)申请人中国人民解放军总医院第一医学中心地址100853北京市海淀区复兴路28号申请人西安电子科技大学(72)发明人姚树林尹彤王瑞民张欢欢(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人侯琼王品华(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F111/10(2020.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称复杂电磁环境中人体吸收电磁能量的数值仿真方法(57)摘要本发明公开了一种复杂电磁环境中人体吸收电磁能量的数值仿真方法，主要解决复杂电磁环境下现有方法难以评估人体吸收电磁能量情况的问题。包括：1)建立复杂电磁环境几何模型并对其进行面剖分；2)根据面剖分得到的信息，采用一致性绕射理论获取人体所在位置处的电场强度；3)建立高精度人体几何模型并对其进行面剖分；4)采用相同电场强度的平面波照射人体；5)利用并行多层快速多极子算法获取人体模型内部的电场分布；6)利用电场分布计算模型内部的比吸收率，得到整个人体模型的SAR分布。本发明能够对人员在复杂电磁环境中吸收能量的情况进行剖析，快速获取精确的仿真数据，为复杂电磁环境下人员吸收电磁能量的评估提供可靠依据。CN113849972ACN113849972A权利要求书1/1页1.一种复杂电磁环境中人体吸收电磁能量的数值仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立复杂电磁环境几何模型；(2)采用三角形单元对复杂电磁环境几何模型进行面剖分，得到环境模型网格离散信息文件；(3)根据环境模型网格离散信息，采用一致性绕射理论对剖分后的模型进行电磁仿真，获取复杂电磁环境中人体所在位置处的电场强度；(4)建立高精度人体几何模型；(5)采用三角形单元对高精度人体几何模型进行面剖分，得到人体模型网格离散信息文件；(6)根据步骤(3)得到的电场强度，采用具有同样电场强度的平面波照射人体；(7)根据人体模型网格离散信息，利用并行多层快速多极子算法对高精度人体几何模型进行电磁仿真，得到该模型内部的电场分布；(8)利用人体几何模型内部的电场分布计算模型内部的比吸收率SAR，获取整个人体模型的SAR分布，即人体吸收电磁能量的数值仿真结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述建立复杂电磁环境几何模型是在三维全波电磁仿真软件中完成。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)和(5)中所述环境模型网格离散信息文件和人体模型网格离散信息，均至少包括如下信息：三角形单元编号、每个三角形单元的顶点编号与顶点坐标、每个三角形单元对应的材料属性。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述采用一致性绕射理论对剖分后的模型进行电磁仿真，具体是计算复杂电磁环境中人员所在位置处整个人体占据区域的电场分布值，同时记录人体最大电场幅度所在点的电场强度矢量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)所述建立高精度人体几何模型，是基于人体解剖学数据库中的数据进行，该数据包含人体各部分主要组织器官。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述人体各部分主要组织器官中的每个组织器官的模型均为封闭曲面。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(8)中所述计算模型内部的比吸收率SAR，计算公式为：3其中，σ为人体组织的电导率，单位为S/m；ρ为人体组织密度，单位为kg/m；Ebody(r)表示人体模型内部r处的电场。2CN113849972A说明书1/5页复杂电磁环境中人体吸收电磁能量的数值仿真方法技术领域[0001]本发明属于电学技术领域，进一步涉及计算电磁学，具体为一种复杂电磁环境中人体吸收电磁能量的数值仿真方法，可用于评估人员处于复杂电磁环境下的电磁能量吸收情况。背景技术[0002]天线是雷达、通信等领域一种必不可少的部件，其主要功能是发射与接收电磁波。当人体位于天线附近时，天线辐射的电磁波一部分会被人体组织吸收，会引起人体组织器官发热，温度升高，若温升过高可能对人体造成不可逆的损伤，因此有必要对人体所吸收的电磁能量进行评估。出于伦理及评估精度考虑，对人体开展吸收电磁能量实验研究显然不合适，因此数值仿真技术被广泛应用于人体吸收电磁能量的评估。目前数值仿真技术主要被用于移动通信技术领域中人体吸收电磁能量的评估，用来计算手机天线辐射的电磁波被人体吸收的能量大小，从而分析手机辐射对人体健康的影响([1]P.Bernardi,M.Cavagnaro,S.PisaandE.Piuzzi“,Powerabsorptionandtemperatur