无网格有限元法在心电磁正问题中的应用

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心电研究领域的两个关键问题是心电正问题和心电逆问题,心电正问题是心电逆问题研究的基础。对于复杂、非规则真实形状的心脏-躯干模型中的心电正问题研究不存在解析解,真实几何形状心脏-躯干模型心电源分析依赖于正问题数值求解算法的精度和效率。无网格有限元法是-种新的数值计算方法,该数值计算方法的前处理过程只需要节点位置信息,不需要节点之间的连接关系(网格构成信息)。无网格有限元法求解过程中对剖分网格没有任何依赖,从根本上消除了由剖分网格1形状引起的数值计算误差。   本文着眼于无网格有限元方法在心电/磁问题中的应用,从以下几个主要方面进行了研究:   1.首先建立了无网格有限元方法求解三维各向同性心电正问题的数学模型,并在单层球模型上进行仿真研究,通过将无网格有限元方法的数值解与解析解的比较,验证了该算法的精度和效率,最后将无网格有限元方法同有限元算法进行了比较分析。   2.对无网格有限元方法中基函数、权函数、模型节点数、积分点数以及各节点影响域内节点数(影响域)的选择等因素对心电正问题计算结果精度的影响进行了深入研究,通过仿真研究将解析解与无网格有限元数值解进行对比分析,提出了参数选择方法。   3.利用无网格有限元方法和毕奥-萨伐定律来计算电流偶极子源在任意形状均质容积导体外产生的磁场分布。首先依据设定的边界条件,通过无网格有限元方法求解媒质容积导体有限元模型中各节点的电势;然后对电势求梯度得到媒质内部的电流密度分布;最后媒质内部感应磁场分布的各个分量可通过对电流密度进行数值积分计算得到。为了验证提出的无网格有限元方法的有效性,在单层均质球模型上进行了仿真实验研究,同时将该方法应用于从MRI得到的真实形状的心脏-躯干心脏模型上,仿真研究取得了令人满意的计算结果,表明该算法的有效性及其在心电(ECG)和心磁(MCG)问题研究上的潜在应用前景。
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