基于中國可視化數(shù)字人ct數(shù)據(jù)集的人體通信有限元模型的建立方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于中國可視化數(shù)字人CT數(shù)據(jù)集的人體通信有限元模型的建立方法，屬于人體通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]人體通信作為一種新型的短距離“無線”通信技術(shù)，其最大的特點是利用人體進(jìn)行微弱電信號傳輸?shù)倪@一特性，將人體作為傳輸媒介，實現(xiàn)人體體內(nèi)、體外等可與人接觸的電子設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸和共享。與生活中常見的短距離無線通信技術(shù)，如ZigBee、藍(lán)牙等，其具有功耗低，不易受外界電磁噪聲干擾、向外輻射能量較少等特點，此夕卜，更重要的是人體通信技術(shù)的信號傳輸質(zhì)量與速率相對較高。
[0003]目前，由King’sCollege London的Camelia Gabriel在《Compilat1n of theDielectric Properties of Body Tissues at RF and Microwave Frequencies》的石開究報告中研究表明，人體內(nèi)除皮膚、脂肪、肌肉、骨骼和大腦外，主動脈、血管、神經(jīng)等55種組織在不同頻率下表現(xiàn)的電導(dǎo)率，及相對介電常數(shù)各不相同，這表明人體是一個復(fù)雜的電磁兼容系統(tǒng)，其在不同頻率、幅值的電信號下定會產(chǎn)生不同的生理反應(yīng)。若冒然以真實人體進(jìn)行實驗，不能夠保證其安全性，而且對于不同組織的生理反應(yīng)的觀測非常繁瑣，直觀的反應(yīng)不同組織的生理反應(yīng)更加困難。軟件仿真作為人體通信技術(shù)研究的重要手段解決了這個難題，但現(xiàn)有人體軟件模型可以滿足人體通信的仿真要求的只有在《一種面向人體通信的有限元人體建模方法》，申請?zhí)?200910081416.X，申請日:2009-04-03中提到過，但其僅僅是在幾何抽象層面，整個人體只有頭部、頸部、軀干、手臂及腿構(gòu)成的抽象幾何體構(gòu)成，對于復(fù)雜的人體結(jié)構(gòu)差距甚遠(yuǎn)，其各部位的劃分也只有皮膚、脂肪、肌肉、骨骼和大腦5個介質(zhì)層，對于擁有人體的55種組織，更是少之又少。難以滿足在人體通信時將電流注入人體后對傳輸路徑和人體各組織產(chǎn)生的生理反應(yīng)的仿真要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供基于中國可視化數(shù)字人CT數(shù)據(jù)集的人體通信有限元模型的建立方法，主要解決現(xiàn)有人體通信的有限元人體建模方法建立的有限元人體模型僅僅是幾何抽象層面，難以滿足在人體通信時將電流注入人體后對傳輸路徑和人體各組織產(chǎn)生的生理反應(yīng)的仿真要求的問題。本發(fā)明實現(xiàn)了真實人體電磁特性的有限元人體軟件模型，不僅僅在人體通信中可以使用，在醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、航天、汽車工業(yè)以及人機(jī)工程等也具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
基于中國可視化數(shù)字人CT數(shù)據(jù)集的人體通信有限元模型的建立方法，包括建立具備真實人體結(jié)構(gòu)特性的有限元人體模型，具體建立步驟為:
S1、通過螺旋CT對整個人體進(jìn)行掃描，得到整個人體的CT數(shù)據(jù)集。
[0006]S2、利用CT數(shù)據(jù)集分別對人體各部位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建。
[0007]其中，人體各部位包括人體皮膚、脂肪、肌肉、骨骼、主動脈、血管、體液等各部分。
[0008]根據(jù)各部位在CT數(shù)據(jù)集圖片上呈現(xiàn)的不同灰度值的影像，設(shè)定各部位的灰度閾值并對其進(jìn)行圖像分割;將分割后的圖像進(jìn)行三維重建，得到人體各部位的曲面體。
[0009]S3、將人體各部位的曲面體實體化，將步驟S2中得到的人體各部位的曲面體轉(zhuǎn)換成實體。
[0010]S4、將人體各部位組合，進(jìn)行整個人體的三維重建。
[0011]將通過步驟S3得到的人體各部位的實體放到人體對應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行布爾運(yùn)算，得到人體的三維實體。
[0012]S5、設(shè)置人體各部位介質(zhì)層的電磁特性參數(shù)，形成完整的有限元人體模型。
[0013]依據(jù)生物電磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)的參數(shù)，設(shè)置人體各部位介質(zhì)層的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、介電常數(shù)的電磁特性參數(shù)。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)本發(fā)明所建立的有限元人體通信模型具備真實人體結(jié)構(gòu)特性，滿足人體通信傳輸路徑的仿真要求。
[0015](2)本發(fā)明所建立的有限元人體通信模型具備與真實人體類似的電磁學(xué)特性，滿足不同人體介質(zhì)層的仿真要求。
[0016](3)本發(fā)明可進(jìn)行基于常規(guī)的有限元仿真軟件實現(xiàn)，并進(jìn)行可視化直觀觀測。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例
[0019]如圖1所示，基于中國可視化數(shù)字人CT數(shù)據(jù)集的人體通信有限元模型的建立方法， S1、通過螺旋CT對整個人體進(jìn)行掃描，得到整個人體的CT數(shù)據(jù)集。
[0020]S2、利用CT數(shù)據(jù)集在計算機(jī)中對人體各部位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建。
[0021]I)根據(jù)人體皮膚、脂肪、肌肉、骨骼、主動脈、血管、體液等各部分在CT數(shù)據(jù)集圖片上呈現(xiàn)的不同灰度值的影像，設(shè)定各部位的灰度閾值并對各部位進(jìn)行圖像分割；
2)將分割后的圖像進(jìn)行三維重建，得到人體各部位的曲面體。
[0022]S3、將人體各部位的曲面體實體化，將步驟S2中得到的人體各部位的曲面體轉(zhuǎn)換成實體。
[0023]S4、將人體各部位組合，進(jìn)行整個人體的三維重建。
[0024]將通過步驟S3得到的人體各部位的實體放到人體對應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行布爾運(yùn)算，得到人體的三維實體。
[0025]S5、設(shè)置人體各部位介質(zhì)層的電磁特性參數(shù)，形成完整的有限元人體模型。
[0026]依據(jù)生物電磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)的參數(shù)，設(shè)置人體各部位介質(zhì)層的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、介電常數(shù)的電磁特性參數(shù)。
[0027]按照上述實施例，便可很好地實現(xiàn)本發(fā)明。值得說明的是，基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提下，為解決同樣的技術(shù)問題，即使在本發(fā)明上做出的一些無實質(zhì)性的改動或潤色，所采用的技術(shù)方案的實質(zhì)仍然與本發(fā)明一樣，故其也應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.基于中國可視化數(shù)字人CT數(shù)據(jù)集的人體通信有限元模型的建立方法，其特征在于，包括建立具備真實人體結(jié)構(gòu)特性的有限元人體模型，具體建立步驟為: 51、通過螺旋CT對人體進(jìn)行掃描，得到人體的CT數(shù)據(jù)集； 52、利用CT數(shù)據(jù)集對人體各部位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建，得到人體各部位的曲面體； 53、將人體各部位的曲面體實體化； 54、將人體各部位組合，進(jìn)行整個人體的三維重建； 55、設(shè)置人體各部位介質(zhì)層的電磁特性參數(shù)，形成完整的有限元人體模型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中國可視化數(shù)字人CT數(shù)據(jù)集的人體通信有限元模型的建立方法，其特征在于，所述步驟S2中，對人體各部位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建的步驟如下: 521、根據(jù)各部位在CT數(shù)據(jù)集圖片上呈現(xiàn)的不同灰度值的影像，設(shè)定各部位的灰度閾值并對其進(jìn)行圖像分割； 522、將分割后的圖像進(jìn)行三維重建，得到人體各部位的曲面體。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于中國可視化數(shù)字人CT數(shù)據(jù)集的人體通信有限元模型的建立方法，其特征在于，所述步驟S4中，實現(xiàn)整個人體的三維重建的方法如下: 將通過步驟S3得到的人體各部位的實體放到人體對應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行布爾運(yùn)算，得到人體的三維實體。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于中國可視化數(shù)字人CT數(shù)據(jù)集的人體通信有限元模型的建立方法，其特征在于，所述步驟S5中，設(shè)置人體各部位介質(zhì)層的電磁特性參數(shù)包括如下步驟: 依據(jù)生物電磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)的參數(shù)，設(shè)置人體各部位介質(zhì)層的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、介電常數(shù)的電磁特性參數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于中國可視化數(shù)字人CT數(shù)據(jù)集的人體通信有限元模型的建立方法。該方法包括步驟：(1)通過螺旋CT對人體進(jìn)行掃描，得到整個人體的CT數(shù)據(jù)集；(2)利用CT數(shù)據(jù)集在計算機(jī)中對人體各部位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建；(3)將(2)中得到的人體各部位的曲面體轉(zhuǎn)換成實體；(4)進(jìn)行人體各部位的組合，實現(xiàn)整個人體的三維重建；(5)設(shè)置人體各部位介質(zhì)層的電磁特性參數(shù)，形成完整的有限元人體通信模型。本發(fā)明所提出的基于中國可視化數(shù)字人CT數(shù)據(jù)集的人體通信有限元模型的建立方法建立的有限元人體通信模型，不僅僅在人體通信中可以使用，在醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、航天、汽車工業(yè)以及人機(jī)工程等也具有廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】G06T7/00, G06F17/50, G06T17/00
【公開號】CN105550416
【申請?zhí)枴緾N201510898186
【發(fā)明人】張雙, 劉益和, 秦雨萍, 李曉芳, 朱晉, 徐晶, 茍全登, 余文春
【申請人】張雙
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月8日