[發明專利]一種模擬真實人體顱腦電特性分布的有限元仿真模型

在審

• 申請號: 201410347031.4
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN104123416A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 殷濤;趙琛;劉志朋
• 申請（專利權）人: 中國醫學科學院生物醫學工程研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種模擬真實人體顱腦電特性分布的有限元仿真模型，是根據人體顱腦MRI或CT斷層掃描圖片進行仿真得到的有限元仿真模型，其特征在于，通過3D可視化軟件工具，對所述的人體顱腦MRI或CT斷層掃描圖片進行灰度分析和閾值選取算法確定能夠反映特定顱腦組織邊界信息的灰度閾值范圍，通過區域增長算法或磁性套索算法或區域增長算法和磁性套索算法選中所述灰度閾值范圍，形成反映所述特定顱腦組織邊界信息的蒙板，通過手動修改操作對選中的所述蒙板進行修改使所述蒙板接近真實顱腦組織結構特征，通過3D表面重建算法將所述蒙板重建成為反映真實顱腦組織結構特征的3D表面模型，通過光滑算法或腐蝕算法或光滑算法和腐蝕算法使所述3D表面模型表面平滑以便于后續仿真操作，通過有限元仿真軟件將所述3D表面模型重建為3D實體模型，通過布爾運算算法對所重建的各個所述特定顱腦組織的所述3D實體模型進行分層和組裝，形成具有分層結構的完整真實人體顱腦結構模型，將選取的特定組織電導率和相對介電常數信息賦予所述真實人體顱腦結構模型的對應組織，借助有限元網格剖分工具對所述真實人體顱腦結構模型進行有限元網格剖分，形成模擬真實人體顱腦組織電特性分布的有限元仿真模型，所述的有限元仿真模型包括頭皮層(1)，位于頭皮層(1)內側的顱骨層(2)，位于顱骨層(2)內側的腦脊液層(3)，位于腦脊液層(3)內側的腦皮質層(4)，位于腦皮質層(4)內側的腦白質層(5)，位于腦白質層(5)內側的左右側腦室結構(6)，位于顱骨層(2)的眼眶(15)內的由鞏膜結構(7)和位于鞏膜結構(7)內的玻璃體結構(8)構成的眼球結構，所述的有限元仿真模型具有與真實人體顱腦組織的電導率和相對介電常數相同的電導率和相對介電常數，所述的電導率和相對介電常數能夠在磁場頻段10-100GHz范圍內從NIREMF公開數據庫根據實際需求選取，并通過有限元仿真軟件將所述電導率和相對介電常數數值賦予所述有限元仿真模型，其中，所述頭皮層(1)的電導率為0.40225×10^-3－46.117S/m，相對介電常數為7.2453－58340；所述顱骨層(2)的電導率為0.02008－8.6554S/m，相對介電常數為3.2975－55153；所述腦脊液層(3)的腦室結構(6)電導率為2－76.558S/m，相對介電常數為9.2945－109；所述腦皮質層(4)的電導率為0.027512－53.246S/m，相對介電常數為7.7561－40699000；所述腦白質層(5)的電導率為0.027656－28.009S/m，相對介電常數為6.7126－27627000；所述鞏膜結構(7)的電導率為0.50139－58.589S/m，相對介電常數為8.1048－2603300；所述玻璃體結構(8)的電導率為1.5－77.388S/m，相對介電常數為7.0012－99。

2.根據權利要求1所述的一種模擬真實人體顱腦電特性分布的有限元仿真模型，其特征在于，所述頭皮層(1)、顱骨層(2)、腦脊液層(3)、腦皮質層(4)、腦白質層(5)、腦室結構(6)和眼球結構具有能夠供電磁學有限元仿真運算的3D有限元網格模型，能夠借助有限元分析軟件工具進行有限元網格剖分，網格精度能夠在所述有限元分析軟件中進行調節。

3.根據權利要求1或2所述的一種模擬真實人體顱腦電特性分布的有限元仿真模型，其特征在于，所述的頭皮層(1)具有清晰的真實人體顱面部的眼瞼(9)、鼻(10)、耳(11)、口(12)、腮(14)、頸部(13)的輪廓特征。

4.根據權利要求1或2所述的一種模擬真實人體顱腦電特性分布的有限元仿真模型，其特征在于，所述的顱骨層(2)具有清晰的眼眶(15)、鼻腔(16)、顴弓(17)、下頜骨(18)和枕骨大孔(19)的結構特征。

5.根據權利要求1或2所述的一種模擬真實人體顱腦電特性分布的有限元仿真模型，其特征在于，所述的腦皮質層(4)的表層具有清晰的溝回結構(22)、胼胝體結構(24)和大腦縱裂結構(23)。

6.根據權利要求1或2所述的一種模擬真實人體顱腦電特性分布的有限元仿真模型，其特征在于，所述的腦皮質層(4)還包括小腦結構(20)和腦干結構(21)。

7.根據權利要求1或2所述的一種模擬真實人體顱腦電特性分布的有限元仿真模型，其特征在于，所述的腦白質層(5)具有溝回結構(22)。

8.根據權利要求1或2所述的一種模擬真實人體顱腦電特性分布的有限元仿真模型，其特征在于，所述的腦室結構(6)為獨立結構，所述腦室結構(6)的外表面形成閉合的單連通區域。