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核电磁脉冲中非电离辐射作用于人体的电磁场和温度场仿真

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辐射研究与辐射工艺学报 2024年第3期42卷 106-117页

作者：王世鑫逯迈兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室兰州730070

采用国际电工委员会制定的双指数脉冲波形模拟核电磁脉冲,分析脉冲波形主要谐波分量的幅值、频谱及相位。在多物理场仿真软件COMSOLMultiphysics建立偶极子天线模型及人体三维模型,通过电磁场与热场耦合模块,求解人体组织中感应电场强... 详细信息

采用国际电工委员会制定的双指数脉冲波形模拟核电磁脉冲,分析脉冲波形主要谐波分量的幅值、频谱及相位。在多物理场仿真软件COMSOLMultiphysics建立偶极子天线模型及人体三维模型,通过电磁场与热场耦合模块,求解人体组织中感应电场强度、磁场强度、比吸收率(Specificabsorptionratio,SAR)和温度场分布。将结果与国际非电离辐射防护委员会(International commission on non-ionizing radiation protection,ICNIRP)制定的《限制电磁场暴露导则》进行比较。结果表明:人体距离暴露源1 km时,感应电场强度、磁场强度、局部最大SAR值和平均SAR值分别为88.8 V/m、0.58 A/m、0.66 W/kg、0.011W/kg。感应电场强度和磁场强度超过了ICNIRP规定限制59.8V/m和0.22A/m。但在10km处,电场、磁场、局部最大SAR值和平均SAR值都满足安全限制。人体组织中温度升高主要集中在大脑处,暴露时间为6min时,温升为0.2171℃,符合ICNIRP规定的局部温升2℃和核心温升1℃限值的要求。本研究结果为核电磁脉冲环境中人体遭受电磁暴露的健康风险安全评估提供了一定的科学依据。

关键词：核电磁脉冲偶极子天线电磁场温度场比吸收率

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大鼠磁感应热疗的线圈设计与仿真分析

中国医学物理学杂志 2024年第1期41卷 101-108页

作者：郭思玮逯迈兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730000

选用亥姆霍兹线圈作为交变磁场发生装置,以大鼠脑部肿瘤为研究对象,建立相关模型,以Pennes生物传热方程为基础,在COMSOL仿真软件中进行电磁场分布和温度场分布计算,并分析影响磁感应热疗结果的因素。结果表明,大鼠肿瘤治疗区域磁场分布... 详细信息

选用亥姆霍兹线圈作为交变磁场发生装置,以大鼠脑部肿瘤为研究对象,建立相关模型,以Pennes生物传热方程为基础,在COMSOL仿真软件中进行电磁场分布和温度场分布计算,并分析影响磁感应热疗结果的因素。结果表明,大鼠肿瘤治疗区域磁场分布均匀,中心磁感应强度为12.847 mT,能达到进行磁感应热疗的条件;温度场分布符合要求,肿瘤区域升温明显,肿瘤中心温度可达46℃以上,肿瘤组织基本能达到治疗温度,能实现比较充分的治疗;线圈匝数、电流、半径及间距、磁场频率等参数均能影响磁感应热疗的效果。本研究结果可为磁感应热疗的临床应用和设备中的线圈设计提供参考。

关键词：磁感应热疗线圈耦合场大鼠模型

基于Hodgkin-Huxley模型的神经元网络信息编码模式对比

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中国医学物理学杂志 2024年第2期41卷 212-219页

作者：刘瑾琬逯迈兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730070

目的:基于Hodgkin-Huxley(HH)神经元模型的神经元网络信息编码模式提出两类不同的信息编码方法对比。方法:采取HH神经元模型和化学突触,利用数值模拟的方法搭建不同拓扑结构的生物神经元网络,通过平均频率编码和峰峰间隔编码(ISIs)两种... 详细信息

目的:基于Hodgkin-Huxley(HH)神经元模型的神经元网络信息编码模式提出两类不同的信息编码方法对比。方法:采取HH神经元模型和化学突触,利用数值模拟的方法搭建不同拓扑结构的生物神经元网络,通过平均频率编码和峰峰间隔编码(ISIs)两种信息编码方法对比研究在正弦波信号和随机音频信号刺激下平均频率编码和ISIs编码的特异性,分析不同刺激信号下神经元网络的信息编码模式。结果:神经元网络的信息编码模式与刺激信号类型具有相关性:当刺激信号为连续的周期信号时,神经元网络会产生与刺激信号对应的具有周期性的放电序列;当刺激信号为随机信号时,神经元网络的放电率会随着刺激信号强度发生变化,刺激信号强度越大,动作电位发放率越高。在同一刺激信号下,神经元网络的拓扑结构会影响神经元网络放电序列的时间结构。结论:神经元网络信息编码模式与刺激信号相关,不同拓扑结构的神经元网络放电序列时间结构不同。ISIs编码方法精确度更高,包含的信息量更大,与平均频率编码相结合的编码方法能够有效表达神经元网络在刺激信号下信息编码模式的动态改变。

关键词： Hodgkin-Huxley模型神经元网络数值模拟平均频率编码峰峰间隔编码

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经颅磁刺激与磁共振成像联合使用时力与温度场仿真研究

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生物医学工程学杂志 2022年第4期39卷 685-693页

作者：徐冰瑜逯迈兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室兰州730070 兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070

当前经颅磁刺激(TMS)已广泛应用于治疗抑郁症、帕金森病等神经系统疾病。为了能实时监测TMS期间大脑的内部活动从而达到更好的治疗效果,研究人员提出了与磁共振成像(MRI)神经成像方法结合使用,两种技术皆以特斯拉级别为单位的磁场达到... 详细信息

当前经颅磁刺激(TMS)已广泛应用于治疗抑郁症、帕金森病等神经系统疾病。为了能实时监测TMS期间大脑的内部活动从而达到更好的治疗效果,研究人员提出了与磁共振成像(MRI)神经成像方法结合使用,两种技术皆以特斯拉级别为单位的磁场达到工作效果,然而强电流、大磁场与小尺寸的结合势必会带来机械和热的不稳定性。本文根据实际情况搭建了MRI静磁场、线圈和人体头部模型,通过有限元仿真软件COMSOL中磁场与传热模块的耦合,得到了TMS-MRI联合使用时磁刺激线圈和头部力与温度的仿真结果。结果表明:在3 T的MRI环境中,线圈上最大力密度可达2.51×10^(9) N/m^(3),外部磁场方向和线圈中电流方向都会影响力分布,且越靠近外部磁场边界受力越大。TMS治疗过程中线圈产生的磁场使大脑组织温度升高约0.16℃,MRI静磁场的存在不会对其造成额外的热效应。本文结果可为制定TMS-MRI技术的使用准则与安全指南提供参考。

关键词：经颅磁刺激磁共振成像磁刺激线圈力温度

EMS型磁浮列车悬浮静磁场电磁环境仿真研究

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中国铁道科学 2023年第2期44卷 102-110页

作者：潘强强逯迈兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730070

为量化评估常导电磁悬浮(EMS)型磁浮列车的电磁环境风险,在确定位于磁浮列车悬浮架两侧的直线电机转子励磁线圈为辐射源的基础上,采用有限元软件COMSOL Multiphysics,建立长定子轨道和EMS型磁浮列车三维结构模型,对直线电机的悬浮电磁... 详细信息

为量化评估常导电磁悬浮(EMS)型磁浮列车的电磁环境风险,在确定位于磁浮列车悬浮架两侧的直线电机转子励磁线圈为辐射源的基础上,采用有限元软件COMSOL Multiphysics,建立长定子轨道和EMS型磁浮列车三维结构模型,对直线电机的悬浮电磁特性以及它在周围空间和磁浮列车车厢内产生的静磁场进行仿真计算,并将车厢内的磁通密度计算结果与静磁场暴露限值标准进行对比。结果表明:长定子直线电机在励磁电流为25 A时,悬浮间隙中心线处磁通密度最大模值约为0.9 T,悬浮电磁力约为19.7 kN·m^(-1);磁浮列车夹层位置处磁通密度最大模值在9.39~53.6 uT范围内,车厢内磁通密度最大模值约为6.93 uT;悬浮励磁线圈在车厢内产生的磁通密度最大值远低于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)对一般公众推荐的400 mT静磁暴露限值,且满足标准EN 45502-2-1—2003和GB 16174.2—2015中小于1 mT的静磁场暴露控制限值。

关键词： EMS型磁浮列车直线电机静磁场电磁环境暴露控制标准

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磁感应热疗作用于胰腺癌模型热场分布

中国医学物理学杂志 2023年第11期40卷 1408-1417页

作者：张恒逯迈兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730070

为了对磁感应热疗作用于胰腺导管腺癌时的效果进行研究,根据真实的人体数据构建三维的人体腹部、胰腺、胰腺导管和肿瘤模型,采取亥姆霍兹线圈用作产生交变磁场的热疗装置。在有限元仿真分析软件COMSOL中进行电磁与传热模块的耦合后,得... 详细信息

为了对磁感应热疗作用于胰腺导管腺癌时的效果进行研究,根据真实的人体数据构建三维的人体腹部、胰腺、胰腺导管和肿瘤模型,采取亥姆霍兹线圈用作产生交变磁场的热疗装置。在有限元仿真分析软件COMSOL中进行电磁与传热模块的耦合后,得到磁感应热疗作用于胰腺导管腺癌时的磁场和温度场的仿真结果。结果表明,治疗区域的空间磁场分布均匀,温度场分布满足热疗需要。胰腺导管腺癌在进行磁感应热疗时,肿瘤组织的温度可以迅速升高,达到42℃以上,而周围正常组织升温不显著。此外,研究还证实了胰腺导管周围存在的大血管、磁流体溢出等因素对热疗的疗效没有太大的影响,仿真结果能够为胰腺导管腺癌的磁感应热疗临床实践提供参考。

关键词：胰腺导管腺癌磁感应热疗有限元分析磁介质

工作在6.48 k Hz的电磁安检门电磁暴露安全评估

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辐射研究与辐射工艺学报 2022年第5期40卷 71-81页

作者：白伟江逯迈兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室兰州730070

为了评估电磁安检门在6.48 kHz下工作时电磁环境对通过者(成年人及儿童)的电磁暴露安全问题,利用仿真软件COMSOL模拟电磁安检门的工作环境,计算人体模型中的磁感应强度与感应电场强度,并与国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)公众暴露限... 详细信息

为了评估电磁安检门在6.48 kHz下工作时电磁环境对通过者(成年人及儿童)的电磁暴露安全问题,利用仿真软件COMSOL模拟电磁安检门的工作环境,计算人体模型中的磁感应强度与感应电场强度,并与国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)公众暴露限值27μT和874.8 mV/m进行比较。结果表明:对于人体中的磁感应强度,成年人及儿童位于安检门正下方靠近线圈一侧时最大,出现在靠近门板一侧的胳膊处,分别为2.44μT(成年人)和1.86μT(儿童),为ICNIRP限值(27μT)的9.04%和6.89%;对于中枢神经系统组织中的感应电场强度,成年人及儿童位于安检门靠近线圈一侧时最大,分布在靠近线圈一侧的头皮及颅骨处,分别为1.27 mV/m(成年人)和1.1 mV/m(儿童),为ICNIRP限值(874.8 mV/m)的0.15%和0.13%。仿真结果小于ICNIRP制定的公众暴露限值,说明安检门工作时发射线圈产生的电磁场对人体的电磁暴露不具有健康威胁。

关键词：电磁安检门成年人模型儿童模型公众暴露安全评估

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心脏起搏器无线充电电磁暴露安全评估

辐射研究与辐射工艺学报 2022年第2期40卷 42-53页

作者：赵学铭逯迈兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室兰州730070

为准确地评估心脏起搏器无线充电工作过程中产生的电磁暴露安全性,使用基于有限元的COMSOL软件进行建模及仿真计算。构建人体头部组织、简易胸腔及心脏的模型,并且在无线充电系统工作频率设置为251 kHz时,得出了以上3个部位中产生的磁... 详细信息

为准确地评估心脏起搏器无线充电工作过程中产生的电磁暴露安全性,使用基于有限元的COMSOL软件进行建模及仿真计算。构建人体头部组织、简易胸腔及心脏的模型,并且在无线充电系统工作频率设置为251 kHz时,得出了以上3个部位中产生的磁感应强度(B)、感应电场强度(E)分布,以及人体头部组织比吸收率(Specific absorptionrate,SAR)值的分布,将结果与国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的限值进行比较。结果显示:人体头部中B值最大为0.337μT,占ICNIRP阈值的9.26%;E值最大为0.393 V/m,占ICNIRP阈值的0.45%;心脏部位B值最大为3.118μT,占ICNIRP阈值的85.01%;E值最大为0.278 V/m,占ICNIRP阈值的0.32%;人体头部脑组织中SAR值为3.009×10^(−7)W/kg,远低于ICNIRP制定的公众电磁暴露推荐值。提示心脏起搏器无线充电过程对使用者的健康无明显影响。

关键词： COMSOL多物理场电磁暴露安全评估无线充电心脏起搏器心脏模型

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植被对特高压交流输电线路电磁暴露的影响

辐射研究与辐射工艺学报 2022年第3期40卷 88-97页

作者：黄汇益逯迈兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室兰州730070

植被对特高压交流输电线路的电磁环境影响是重要的研究内容,为了对有、无植被两种条件下的1000 kV特高压交流输电线路对人体电磁暴露程度进行比较研究,选用有限元多物理场仿真分析软件COMSOL分别对有、无植被环境中人体在猫头塔线路下... 详细信息

植被对特高压交流输电线路的电磁环境影响是重要的研究内容,为了对有、无植被两种条件下的1000 kV特高压交流输电线路对人体电磁暴露程度进行比较研究,选用有限元多物理场仿真分析软件COMSOL分别对有、无植被环境中人体在猫头塔线路下方所受磁感应强度与感应电场强度进行仿真分析,并对两种环境下的仿真结果进行对比,最后将结果与国际非电离辐射防护委员会(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection,ICNIRP)制定的人体电磁暴露限值做比较。结果表明:有、无植被两种特定环境下人体所受到的磁感应强度最大值分别为12.711μT和12.823μT,两者变化不大。有植被存在的环境下人体所受到的感应电场最大值为0.475 mV/m,是无植被环境下的48.3%。计算结果均低于ICNIRP规定的人体电磁暴露限值。

关键词：特高压交流植被电磁环境安全评估