基于肺部先验知识的电阻抗成像重构算法

为获取人体肺部组织分布,结合人体肺部组织的结构特征,运用大型有限元仿真软件COMSOL,根据CT肺部扫描图像构建人体肺部模型,同时结合人体组织和器官电导率分布参数等信息,并考虑肺部先验知识,采用共轭梯度算法重建被测场电导率分布图像．仿真实验表明,灵敏场均匀性指标由基于圆形场域的34．218减少到基于肺部模型灵敏场域的15．568,灵敏场的均匀性得到明显改善,且重构图像具有较高的分辨率和图像质量．     

经皮无线供能系统多物理场仿真技术

为了研究人工心脏经皮无线供能系统各电路电量与物理场场量之间的相互关系以及系统生物安全性,提出了一种多物理场仿真研究方法。该方法基于COMSOL仿真软件建立了经皮无线供能系统的电-磁-热多物理场耦合模型,模型包括电路模型和几何模型,电路模型主要包括逆变电路、补偿电路和整流滤波电路,几何模型主要包括发射线圈、接收线圈以及人体皮肤生物组织模型。通过仿真计算获得经皮无线供能系统在谐振和非谐振状态下各电路的电流、电压波形以及生物组织安全性指标比吸收率、场强和温度的数值,并参照国际人体电磁安全和人体生理学标准进行安全性评估,该研究为人工心脏经皮无线供能系统的设计和优化提供了有力的分析工具。     

氟掺杂氧化锡薄膜电活性缺陷密度的太赫兹谱探测

从理论上分析了电场应力前后氟掺杂氧化锡(FTO)薄膜的能带结构和传导机理,提取了应力前后FTO薄膜的太赫兹电导率.采用Drude模型对应力前的FTO薄膜太赫兹(THz)电导进行了仿真;采用了Hopping模型对应力后的THz电导进行了仿真,实验与仿真结果一致.结果表明,应力后FTO的电导率提高了3个数量级,源于电场作用...     

穿戴式下肢康复机器人的运动学仿真分析

针对可穿戴式下肢康复机器人,对人体下肢自由度进行简化,建立了人体下肢运动学方程并求得正解。采用MATLAB软件中的Simulink和SimMechanics设计工具建立人体下肢的运动学仿真模型,并进行了运动学仿真研究,得到下肢各关节的运动轨迹与实际测量的轨迹基本吻合,证明了运动学模型的正确性,为实际的康复医疗及机构的控制提供了重要数据。     

锂离子动力电池内阻模型与实验研究

首先,根据多孔电极理论,建立了锂离子动力电池的仿真模型.对仿真模型的分析可知,影响电池内阻的内部因素为锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数及由极片的电子电导率、电解液的离子电导率和活性材料的电子电导率组成的电池总电导率.分别设计制作磷酸铁锂和石墨半电池,使用恒电流间歇滴定法(GITT)对半电池进行固相扩散系数的测量.使用交流阻抗法(EIS)对半电池进行总电导率的测量.对比半电池实验数据和磷酸铁锂锂离子动力电池实验数据可知,电池的极化内阻由锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数决定;电池的欧姆内阻由电池的总电导率决定.     

穿戴式下肢康复机器人的运动学仿真分析

针对可穿戴式下肢康复机器人,对人体下肢自由度进行简化,建立了人体下肢运动学方程并求得正解.采用MATLAB软件中的Simulink和SimMechanics设计工具建立人体下肢的运动学仿真模型,并进行了运动学仿真研究,得到下肢各关节的运动轨迹与实际测量的轨迹基本吻合,证明了运动学模型的正确性,为实际的康复医疗及机构的控制提供了重要数据.     

几各组织与器官的非线性动力学简化模型

对几各人体组织及器官的非线性动力学模型进行了简要叙述。利用非线性动力系统理论分析方法,对根据生理学、病理学与力学知识建立的组织与器官的非线性模型进行了理论分析,能预见组织与器官的规则与非规则的生理运动特性。     

基于BP神经网络算法的人体藏毒能谱识别

应用Geant4软件搭建能量色散X射线照射包裹毒品人体组织的仿真模型,对得到能谱数据进行降维后应用BP神经网络算法进行模式识别,以区分人体组织是否包裹毒品.将未包裹与已包裹海洛因的人体组织X射线散射谱经过截断与光滑,形成一个以元素为粒子数,标号为能量的向量.该向量具有较高的维数,为了提高模式识别的有效性,采用主成分分析进行降维.将仿真得到的数据集分为训练集与测试集,使用训练集训练BP神经网络,使用测试集进行识别测试,测试结果表明,使用BP神经网络识别包裹毒品的人体组织X射线散射谱具有较高的正确率.     

碳纳米管填充聚合物复合材料电导率仿真研究

文章构建碳纳米管填充聚合物复合材料电导率仿真模型，采用蒙特卡洛方法实现碳纳米管填充聚合物复合材料三维建模，根据碳纳米管分布状态建立碳纳米管间距离矩阵，结合碳纳米管填充聚合物复合材料导电机理生成碳纳米管间电阻矩阵，应用大型纯电阻网络等效电阻计算方法得到复合材料电导率仿真结果，对比仿真值与实验数据，两者高度一致。借助电导率仿真模型研究碳纳米管长度和直径对复合材料电导率的影响，碳纳米管体积分数不变时，电导率随长径比增加而增大。该文建立的仿真模型可以预测不同参数碳纳米管填充聚合物复合材料电导率，为设计高性能的碳纳米管填充聚合物复合材料提供理论参考。     

基于交流电磁场检测的深水无损检测探头设计与关键参数分析

传统的水下交流电磁场检测技术（ACFM）在仿真设计时未考虑外壳材料对检测信号和设备各个参数之间的影响。针对此问题,建立了ACFM仿真模型,对磁芯大小与形状进行了优化设计,缩减探头尺寸;分析了无损检测探头的外壳材料的电导率和磁导率对检测信号的影响,并进行了仿真分析;分析出最适用于深水无损检测的外壳材料为304不锈钢和最佳电流频率,并对无损检测探头的各参数进行了优化设计;结果表明,外壳材料的电导率达到107 S?m-1时,磁性传感器检测到的特征信号会反向和电流的频率大于7 kHz会导致检测信号严重失真;外壳材料的磁导率对Bz与Bx的幅值衰减严重。本文的研究成果有利于水下无损检测设备的研发设计。     

基于经皮能量传输的人工肛门括约肌生物电磁相容性研究

针对人工肛门括约肌的生物电磁相容性问题,通过对人体断层照片进行图像分割实现了组织的划分和识别,建立了包含40种生物组织的人体电磁模型.运用时域有限差分法,计算了经皮能量传输系统对生物组织产生的辐射剂量,获得了人体不同组织在该电磁场中的比吸收率分布情况,并根据国际人体电磁安全标准对其进行了深入分析.仿真结果表明,经皮能量传输系统在发射功率为1.5W,谐振频率为358kHz的实验环境下对人体组织具有良好的生物相容性.     

用于被动式非接触探测的人体心脏电场分析

基于人体心脏电场的被动式非接触探测技术,具有抗干扰性好、无辐射、隐蔽性好、操作简单等优点.利用传统心脏偶极子模型,由单个心肌细胞推导出了心脏场源电位;建立了心脏-躯干模型和等效阻抗耦合电路模型,得到了心脏电场从体内到体表传输的传递函数和衰减增益;通过对人体躯干点电荷模型进行了分析,得到了人体心脏电场的探测方程,对其进行了仿真分析.由此得出在允许误差范围内,可以将人体心脏电场等效为点电荷电场模型分布,并通过仿真得到了人体心脏电场被动式非接触探测的理论探测距离.     

路面层状结构低频介电增强特性

为减小因介电增强特性带来的路面检测误差,借助模拟路面层状结构的"双电层"模型,对路面层状结构的介电增强特性进行分析。通过Debye模型推导双电层模型介电常数计算公式,采用有限差分算法对模拟路面层状结构的双电层模型建模仿真;根据仿真结果,讨论了路面层状结构中电性参数对介电增强的影响,并基于电容器原理,设计了一款平行板电容器,在低频段对不同膜层的双电层模型进行测量。研究结果表明:双电层模拟的路面层状结构在低频段存在介电增强,其主要受界面层的电导率、厚度等参数影响;面层和基层材料的电性参数只影响路面层状结构的弛豫频率和时间,不影响介电增强;采用增大界面层电导率,限定界面层厚度的方法能减小路面检测中因界面层中各参数差异产生的介电增强,提高测量精度。     

基于黏弹性模型的牙周膜生物力学研究

同时使用人体牙周膜的1组单轴拉伸和1组简单剪切的试验数据,对现有的几种超弹性应变能函数进行了参数拟合,结果表明Ogden模型比其他模型能更好地拟合实验数据.基于生物力学的原理,对实验获得的归一化应力松弛函数进行了分析推导,并转化为基于Ogden应变能函数的黏弹性模型;利用获得的牙周膜本构模型,对上颌的第一前磨牙的牙周膜使用线性黏弹性模型,对正畸初始阶段的受力情况进行了仿真模拟,研究分析了黏弹性对正畸过程中牙周膜力学响应仿真结果的影响.研究结果表明:Ogden模型可以较好地拟合人体牙周膜试验的2组数据;使用不可压缩的Ogden模型与使用线弹性模型获得的牙周膜力学响应有较大差别,牙周膜组织上各处的黏性响应与其位置有关.     

辐射耦合空调系统的局部热舒适实验研究及仿真分析

为研究辐射冷板与独立新风耦合系统下人体局部热舒适,以长沙某住宅小区某用户房间为研究对象,进行了实验研究;并对该热环境相关参数进行仿真分析。通过实测数据与仿真数据对比,从辐射温度不对称、室内气流分布、人体垂直温差和地面温度四个方面定量分析了辐射耦合空调系统的热舒适环境。同时,通过多表面模型与离散坐标模型模拟结果的对比,分析了两种辐射模型的适用性。结果表明:在采用辐射冷板+独立新风空调系统而且空间包含人体热源的情形下,DO辐射模型的仿真结果更接近实验测试结果;室内测试及仿真结果符合ASHRAE对局部热舒适的标准要求;利用CFD仿真方法可以对局部热舒适进行较准确的分析。     

人体行走过程中上肢运动仿真及生物力学特征分析

为了分析人体行走过程中上肢运动状态的影响因素,对正常步态下人体上肢运动仿真模型与理想单摆模型进行了对比分析.以7名(4男,3女)步态无异常的志愿者为研究对象,采集人体测量学参数,建立上肢理想单摆模型.采用运动捕捉系统及肌电测量系统,对志愿者常速(1.2 m/s)步行下的上肢运动以及肩关节周围6组肌肉的肌电信号进行同步测量,并基于所测运动学参数对人体行走中上肢运动进行仿真,计算实际肩关节角位移和角速度,分析相关肌肉的肌电信号特征.理想模型与实际测量结果比较表明,不同志愿者在同速行走过程中上肢的摆动周期相近,各相关肌肉肌电信号随摆臂而周期性变化,上肢实际最大摆动角速度均大于理想单摆角速度.证明摆臂过程中肩关节周围相关肌群驱动力大于肩关节阻尼.     

下肢外骨骼机器人的动力学分析及仿真

阐述了正常人体的行走步态及稳定性.构建了人体七杆模型,对其进行了动力学分析.介绍了人体特性参数.利用Solidworks软件建立了下肢外骨骼机器人的三维装配体模型,并导入ADAMS软件中进行仿真研究.通过仿真结果,不仅验证了理论分析的正确性,也得到了各个关节的力矩变化规律及大小.同时,为其控制系统设计和电机选型提供了重要的理论依据.     

CuCr复合材料的导电性

从金属与合金材料的电阻理论出发,通过分析相结构对材料导电性的影响,计算了不同相结构模型下的电导率,并与实际测量结果比较,研究了各模型的适用性,讨论并总结了影响电导率的因素,提出了一些提高材料电导率的方法和措施．     

人体前臂组织各向异性的人体通信信道模型

人体前臂是一个近似的圆柱体结构,由组织包裹组成。这些组织有的各向同性,如皮肤,脂肪;有的各向异性,如肌肉等。它们对人体电流信号的传播与分布有着极大的影响,特别是肌肉组织。应用麦克斯韦方程,结合人体组织特性和准静态条件下的边界条件,在柱坐标系下建立了基于人体组织特性的信道模型。用该模型,结合人体组织各向特性的电参数(肌肉),在MATLAB2010a上分别计算出具有组织特性的信道模型和不具有组织特性的信道模型的结果。然后与在人体右前臂测量得到的数据相比较,发现加入组织特性的信道模型的增益曲线与实验数据保持高度一致,模型的平均误差比各向同性的信道模型误差下降了2%,最大误差也下降了3%,进一步降低了模型的失真率。     

第95百分位人体头部有限元模型的构建及分析

为了获得人体头部的损伤机理,构建了研究所需的有限元计算模型,研究了人体头部生物力学响应.通过第95百分位中国人头部的CT扫描图像提取相关头部结构,利用三维医学建模软件和逆向工程软件进行几何模型的重构,借助有限元前处理软件构建具有较高生物仿真度的人体头部有限元模型.最后,使用有限元分析软件对模型进行仿真计算,仿真数据合理解释了头部损伤机理.