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毫米波频段人体体素模型电磁波分析的时域有限差分建模

DOI：10.1109/ACCESS.2018.2888584 期刊：IEEE Access 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 本文介绍了毫米波（mmWave）频段下人体体素模型的时域有限差分（FDTD）建模方法。为精确电磁（EM）分析建立合适的人体体素几何与电学模型至关重要。现有许多人体仿体模型因体素分辨率过低，无法满足电磁波与人体组织相互作用的FDTD研究需求。本研究通过体素分辨率增强技术和图像平滑技术，开发出适用于毫米波FDTD分析的人体体素模型：前者提升模型分辨率，后者改善体素模型的阶梯状边界问题。针对6-100 GHz频段采用二次复有理函数进行人体组织电学建模，并基于消息传递接口实现并行处理以显著加速FDTD计算。数值算例验证了所开发毫米波FDTD模拟器在生物电磁学研究中的有效性。
作者： JAE-WOO BAEK，DONG-KYOO KIM，KYUNG-YOUNG JUNG
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为开发适用于毫米波频段人体体素模型电磁波分析的FDTD建模方法，以满足高分辨率几何与电学建模需求，从而精确研究电磁波与人体组织的相互作用。

研究成果

所开发的光子有限差分时域（FDTD）建模方法，结合高分辨率体素增强、图像平滑处理、QCRF色散建模及MPI并行计算技术，对毫米波段人体组织电磁分析具有有效性和可靠性。其计算结果与理论模型相符，且可通过类似方法扩展至其他频段或生物仿体研究。

研究不足

该研究聚焦于一个小区域（脑部）作为概念验证；全身模拟可能需要更多计算资源。频率范围限定在6-100 GHz，且模型可能无法涵盖所有生物变异性。图像平滑技术可能导致边界表征存在轻微偏差。

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