国内外的大学和研究机构大多用计算机来进行对生物体的模拟仿真，针对实际模型，通过数值仿真方法可得到人体特定部位对检测信号的响应，以获得需要的数据，接着再开展成像算法及信号处理研究。电磁检测技术在生物领域的研究还主要局限在生物医学领域，针对人体的某个器官进行监护，如早期乳腺癌探测及热疗，肠癌检测，人体心脏监测等方面，在等离子体生物光子晶体这样的生物光子学领域，胎儿等人体的生物电磁防护研究领域等方面，还鲜有人做详细的电磁仿真模拟研究。　　因为是对生物组织进行电磁数值仿真，检测结果需要非常地准确和可靠。但是其数值仿真计算多是采用传统的FDTD算法或是采用成熟的电磁仿真计算软件，然而传统的FDTD算法有两个缺点:首先，它不能准确地模拟复杂曲面，在模拟不连续的材料方面有困难。第二，随着长时间的仿真，它在数值稳定性，色散性和各向异性方面具有显著的累积误差。因为这些缺点会导致电磁仿真计算的精度大大降低，然而电磁仿真计算工作在成像工作之前，如果处理不好，会大大影响最终的计算结果，所以需要一种改进的FDTD算法来解决上述问题。　　相对于传统的FDTD算法，高阶FDTD算法可以有效地减少数值色散误差。但是这些高阶FDTD算法的效果并不是非常理想，因为其差分格式破坏了Maxwell方程的辛结构，所以引入辛算子到高阶FDTD算法中显得非常地必要。Maxwell方程组可以被看作一个具有无穷维的Hamilton系统，而关于Hamilton系统的算法应该是在辛几何框架内产生的，且其随时间的演化永远是辛结构变换，这样的算法被称之为Hamilton算法或着辛算法。对Maxwell方程进行离散求解的时候，需要很好地保持其辛结构。而传统的FDTD算法基本上都是非辛的，为了保证数值计算的稳定性，都不可避免地引入了人为耗散性，使得Hamilton系统的总能量随时间会呈线性变化，结果导致误差会线性累积，最终的计算结果出现严重失真。所以采用高阶辛时域有限差分算法(SFDTD)可以解决上述的问题，保证了整个仿真计算的准确性和稳定性。虽然辛算法已经被用来解决各种物理、化学方面的问题，但针对辛算法在电磁场中的应用研究，即高阶SFDTD算法，也仅限于处理波导问题以及电磁散散问题等，只不过才是起步阶段，有很多方面需要去研究和完善，很少有研究者将此算法引入到生物电磁计算中。　　然而SFDTD算法由于计算时需要做高阶差分，计算时间相对较长，消耗内存较多，所以考虑将不完全乔列斯基共扼梯度法(Incomplete Cholesky Conjugate GradientMethod，ICCG)法在解大型稀疏矩阵中的优势应用在对SFDTD差分方程的求解中，形成ICCG-SFDTD算法，使其加速迭代，从而减少内存开销。　　在第二章，介绍了SFDTD算法的理论，包括Hamilton系统，基于分解算子法的辛传播子理论以及空间方向上的高阶差分方程。　　在第三章，研究了在Maxwell方程中的SFDTD差分格式，高阶PML边界条件和数值色散性分析，并将ICCG算法应用到对SFDTD差分方程的求解中，并验证了ICCG-SFDTD算法的一些优势。　　在第四章，推导了静态以及运动状态下的一维Maxwell方程组ICCG-SFDTD算法的差分格式，并利用ICCG-SFDTD算法，结合等离子体的特性，对一维非磁化等离子体生物光子晶体进行了数值模拟。PBPC的带隙结构会受到等离子体频率、生物介质介电常数以及等离子体-生物介质厚度比等参数的影响。　　最后，在第五章，推导了静态以及运动状态下的二维和三维Maxwell方程组ICCG-SFDTD算法的差分格式，并将ICCG-SFDTD算法引入到对孕妇/胎儿模型的生物电磁数值仿真计算中。由于胎儿的电磁防护安全问题，所以在整个电磁建模和仿真过程中，算法需要有高的精度和好的数值稳定性，而ICCG-SFDTD算法正好符合这个要求。虽然有许多学者采用传统的FDTD算法来计算孕妇/胎儿模型的电磁辐射比吸收率SAR(Specific Absorption Rate)值，但是还没有学者采用改进的ICCG-SFDTD算法来解决此类问题。有很多文献只研究如何将胎儿的SAR值限定在安全线内以保证安全，但很少有文献研究如何去对电磁辐射做一些保护措施，很少有这方面的计算机模拟仿真实验。因此，我们采用ICCG-SFDTD算法，在64MHz辐射频率的1.5T MRI系统下，添加一个等离子体防护层，通过对孕妇/胎儿模型的SAR值仿真分析，找到一个最好的覆盖角度以达到防护效果的最优化以及防护材料的最经济化。并且发现当等离子体防护层的厚度增大，等离子体频率增加后，防护效果会越来越好，呈线性增长趋势。