无线体域网-穿戴式装置问题描述 无线体域网络中的连接节点。无线体域网 (WBAN) 由无线连接的传感器或执行器节点组成，这些节点通常通过数据处理得到增强。这些节点被放置在人体内部、人体上和周围/人体周围，形成一个网络，用于对生理和/或环境信号进行连续和不显眼的监测，以支持医疗、生活方式和娱乐应用。医疗 WBAN 提供了从疾病到健康管理的范式转变，重点是早期疾病检测，有望节省美国每年 4 万亿美元的医疗保健支出。然而，由于应用程序的物理 (PHY) 层必须满足严格的要求，WBAN 的设计和高效运行带来了一些技术挑战。适用标准 关于无线体域网的 IEEE 标准 802.15.6。大多数 WBAN 都是围绕无线体域网络的 IEEE 802.15.6 标准构建的，该标准还包括基于测量的信道模型。然而，这些模型没有考虑节点移动性和人机交互效应。 ETSI 标准 EN 301 839 (402-405MHz)、EN 303 203 (2483.5-2500MHz) 和技术建议…

治疗性聚焦超音波问题描述 在肝脏中使用声波刀进行组织消融的示意图。电磁场 (EMF) 与神经元相互作用。这种相互作用可以是刺激的、抑制的或同步的，它可以是有意的或无意的。暴露于强低频场的意外刺激例如发生在磁共振成像 (MRI) 梯度线圈中，而预期刺激的示例包括治疗应用（经颅刺激、深部脑刺激、功能性电刺激等）或神经假体装置（人工视网膜、神经假肢等）。建模对于治疗和设备安全性和有效性评估特别有价值，而且对于优化医疗设备性能也很重要。   由于神经元的复杂结构和离子通道动力学、人体电场分布的不均匀性以及两者之间复杂的相互作用。后者是为什么需要耦合 EM 神经元动力学建模的原因。方法1. 综合建模框架 HIFU 换能器阵列在大脑深处创建一个热点，用于在无创脑部手术期间进行组织消融。Sim4Life 为基于图像或基于解剖模型的声传播、感应加热和结果效应量化仿真提供了一个综合环境：IMG 和 iSEG 模块增加了对图像集成和基于图像的模型生成的支持。 Virtual Population (ViP) 3.0 解剖模型为设备设计或深入分析提供了患者群体的最详细和准确的表示。 P-THERMAL 模块添加了一个求解器，该求解器针对活体血液灌注组织中的热现象建模进行了优化，而 T-CEM43 则添加了热剂量和效果评估模型，用于量化热组织损伤和治疗效果。有关更多详细信息，请参阅热疗。   P-ACOUSTICS 与所有这些功能无缝集成，并允许以前所未有的分辨率和问题规模对人体或人造结构中的声传播进行全波建模。这要归功于高性能计算 (HPC) 技术的使用，该技术利用一个或多个图形处理单元 (GPU) 卡的能力将模拟速度提高几个数量级。2.聚焦和治疗计划 Sim4Life 中的焦点优化。Sim4Life 已被应用于研究改善聚焦的方法，特别是在经颅聚焦超声的背景下，其中具有超过一千个超声换能器的施加器用于在不打开颅骨的情况下瞄准大脑深处的位置。已经研究和比较了各种聚焦方法。通过使用虚拟源方法（也称为时间反转技术）获得了与临床应用方法相比的优越结果，其中在目标位置处使用源进行初始模拟，同时记录换能器处的传入压力波元素。对于真正的超声处理，这些信号随后被结合并应用。   Sim4Life 允许补偿颅骨引起的像差和焦点偏移的影响，甚至可以根据计算机断层扫描 (CT)…

无线电力传输系统的暴露评估问题描述 无线车载充电器的示意图。无线电力传输 (WPT) 是一项新兴技术，预计将在人类环境中无处不在，用于为电子或家用电器、医疗植入物甚至汽车充电。因此，所有 WPT 系统都必须按照规范公众和专业人员暴露于电磁场的准则进行操作，这一点很重要。   无线电力传输系统使用各种方法进行操作。它们可以根据受电设备与电源的距离进行分组。当距离很短时，无线充电器可以在 20 kHz 到 13.56 MHz 的频率范围内工作。为了将电力传输到更远的距离或能量收集器（例如，RFID 标签），使用了射频。在较低频率范围内，功率通过电容或电感耦合传输。后一种机制更常用于市售系统中，以谐振线圈的形式实现。适用标准 关于人体暴露于射频电磁场的安全等级的 IEEE 标准 C95.1。目前，没有用于评估 WPT 系统暴露和证明符合暴露指南的标准化程序。国际非电离辐射保护委员会 (ICNIRP 1998, ICNIRP 2010) 和电气和电子工程师协会 (IEEE C95.1) 发布了最广泛采用的关于限制人体暴露于电磁场的文件。它们包括基本限制，以防止较低频率范围（高达 5…

设备设计建模和个性化治疗计划问题描述 暴露于电热疗法的肿瘤模拟的各种视图。从左到右：问题的医学图像； 模拟装置的 CAD 模型； 离散模型的横截面，使用 Sim4Life 的仿真结果。热疗癌症疗法（热疗肿瘤学）与放射和/或化学疗法结合使用以治疗多种癌症。它利用电磁能量对肿瘤进行温和加热，通常会显著提高初始反应和存活率。对于深部肿瘤，相控射频 (RF) 阵列通常用于将能量靶向肿瘤，同时避免敏感的健康组织过度暴露。由于人体的高度不均匀性以及血液灌注和体温调节等生理因素的影响，这是一项艰巨的任务。需要模拟 i) 对反映肿瘤形状和位置以及个体解剖结构的个性化治疗，以及 ii) 开发和研究能够在具有挑战性的位置（例如头部和颈部区域）实现受控能量沉积的新型施药器。   RF 和 MW（微波）消融使用间质（插入组织中，例如通过导管）施加器将组织局部加热至高温，从而导致直接细胞杀伤以治疗疾病，例如心律失常或癌症。消融能量的替代来源包括超声波。建模用于确定附近脉管系统对可实现消融区域的影响，优化导管放置，并设计新型应用器。   所需的建模功能包括个性化模型生成、考虑体内生理因素的电磁和热模拟、转向参数的优化以及与结果相关的效果评估。方法1. 患者模型 使用 Sim4Life 的 iSEG 模块从医学图像数据生成个性化模型。Sim4Life 支持从医学图像数据生成个性化模型，例如用于治疗计划。可以导入各种图像数据，例如 MRI 和 CT…

评估射频有源植入物安全性的最有效方法问题描述 MRI 扫描仪内的有源植入医疗设备 (AIMD) 的不良相互作用。磁共振成像 (MRI) 是一种医学成像方式，在诊断多种病理时必不可少。然而，在一些进行 MRI 扫描的患者中存在医疗植入物可能会导致植入物与扫描仪操作所需的射频 (RF) 辐射发生不良相互作用。因此，有必要开发一种全面的风险评估方法，以确定允许对植入物患者进行 MRI 检查的具体条件。适用之标准 ISO/TS 10974 标准，用于评估有源植入式医疗设备患者的磁共振成像安全性。ISO 技术规范 10974 (ISO/TS 10974) 定义了评估电极处的局部功率沉积（RF 加热）和有源植入式医疗设备 (AIMD) 的设备端子处的电压/电流 (EMC) 的程序。垂直标准定义了风险评估程序。 ZMT 和 IT’IS 基金会的成员为标准的制定做出了贡献，并优化了用于展示射频植入物安全性的工具箱。…

通过 EM 场对预期和非预期的神经刺激进行建模问题描述 高分辨率全身人体模型，带有神经细节（上）； Sim4Life 模拟 MRI 检查中的暴露。电磁场 (EMF) 与神经元相互作用。这种相互作用可以是刺激的、抑制的或同步的，它可以是有意的或无意的。暴露于强低频场的意外刺激例如发生在磁共振成像 (MRI) 梯度线圈中，而预期刺激的示例包括治疗应用（经颅刺激、深部脑刺激、功能性电刺激等）或神经假体装置（人工视网膜、神经假肢等）。建模对于治疗和设备安全性和有效性评估特别有价值，而且对于优化医疗设备性能也很重要。   由于神经元的复杂结构和离子通道动力学、人体电场分布的不均匀性以及两者之间复杂的相互作用。后者是为什么需要耦合 EM 神经元动力学建模的原因。相关标准关于诱导神经元动力学，有多个相关标准规范 EM 暴露安全：ICNIRP 2010 暴露指南和 IEEE C95.1 暴露标准为公众和职业暴露于低频场提供了阈值，这些阈值基于需求主导的考虑 以防止不良的 EM 神经元相互作用相关的影响。 IEC 60601-2-33 标准专门规定了 MRI…

迷走神经刺激模拟问题描述 迷走神经刺激（VNS）。图片来自：http://heatherdane.com/ 计算 MIDA 头部模型 [2]，专门用于神经刺激研究。迷走神经刺激 (VNS) 于 1997 年被美国食品和药物管理局 (FDA) [1] 批准为一种侵入性神经调节剂方法，用于治疗抗癫痫药物 (AED) 耐药受试者的癫痫。由于迷走神经 (VN) 支配许多器官，它是选择性神经刺激的许多新的潜在治疗相关应用的候选者。 VN（与人体中的许多其他大神经一样）由多个功能单元组成，这些功能单元将许多不同直径的有髓 A 轴突和 B 轴突与小的无髓 C 纤维结合在一起。此后，用于治疗相关应用的 VNS 方法需要提供高纤维选择性的方法。理论上，具有优化刺激波形的电极阵列可用于提供这种选择性。具有简化或现实 VN 模型的计算模型嵌入现实人体解剖模型中沿现实轨迹，以及捕获电神经元相互作用的轴突纤维的电生理模型，是新 VNS 协议的计算辅助制定、电极阵列设计的基础…