生物電磁學(BioEM)研究電磁場(EM)與人體的交互作用,是醫療設備成像和治療研究中的關鍵課題。此外,國際非電離輻射保護委員會(ICNIRP)等監管機構制定的安全規範,使其在智慧手機到電動汽車等多種產品中也備受關注。人體結構複雜,由具有頻率相關電磁和熱特性的多種材料組成。為應對這些複雜性,我們需要專門的建模和模擬技術。
CST Studio Suite提供的電磁與多物理場模擬,可以幫助解決人體附近電磁工程的挑戰。強大的設計工具和逼真的材料模型能捕捉電子設備與人體的豐富細節,高效能求解器則能夠快速、準確地模擬人體複雜環境中的電磁場。
人體的複雜性需要使用詳細的模擬模型。SIMULIA支援多邊形(CAD)模型和體素模型,並可以在模擬環境中調整姿勢以設置更接近真實的測試場景。此外,SIMULIA提供了一系列可直接用於模擬的人體模型,涵蓋不同體型,滿足多樣化需求。
CST Studio Suite電磁模擬解決方案還包含精準的生物熱效應模型,該模擬方式考慮了血液循環和代謝熱等體溫調節因素,能更真實地模擬電磁場對人體加熱的影響,幫助工程師評估產品設計在實際應用中的安全性與性能表現。
核磁共振(MRI)、微波成像與電療技術等醫療設備,都依賴電磁場的運行。例如,要開發高效、高解析度的MRI掃描儀,就需要深入理解多個疊加場的概念,涵蓋了從靜磁場到射頻脈衝的廣泛頻率範圍,以及它們與人體分子間的複雜互動。
電磁分析用來模擬波在人體內的傳播,及其與組織之間的交互作用,無論是產生預期的治療效果還是不必要的副作用。透過模擬結構,設備工程師和臨床醫生可以深入瞭解人體如何吸收能量,並驗證設備設計與治療方案的安全性。例如,我們可以使用模擬來驗證植入設備(如心律調節器)在掃描過程中的安全性,或計算射頻電療的加熱分佈和安全功率範圍。
SIMULIA的MRI模擬方法將不同的線圈、控制電路與患者一併進行建模,實現掃描過程的全系統模擬。此模擬方式有助於MRI技術人員根據人體結構調整線圈,優化影像品質。
應用範疇:
在射頻和微波頻率下,電磁波會被人體反射、折射或吸收。這對於智慧型手機與智能手錶等可攜式和穿戴式設備的性能影響尤其顯著。例如,使用者手部的確切位置可能會對天線性能產生重大影響。
安全法規對許多消費性與工業設備的射頻輻射暴露設限。對於許多消費性設備,射頻暴露量通常以特定吸收率(SAR)來量化,這是一種測量人體組織在使用設備時吸收多少功率的指標。在其它領域,如高功率傳輸器和航空雷達,則使用類似的輻射危害(RADHAZ)指標;此外,電力線或無線充電點周圍的幅射暴露也是需要關注的問題。
透過生物電磁模擬,可分析設備在人體附近的性能,並在實體原型製造之前緩解潛在問題,從而降低日後因合規性失敗而產生的高昂成本風險。電磁模擬可自動計算SAR等指標,並即時標示超出限制的區域,讓設計更具效率與安全性。