有限元法计算三维磁感应成像正问题

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磁感应成像是一种将生物组织电导率作为成像目标的新型医学电磁成像技术。检测生物组织的电导率分布可获得反映生物组织生理和病理信息,具有重要的医学价值。磁感应成像技术目前仍然处于实验室研究阶段,需要进行深入的理论探索。所谓磁感应成像正问题研究就是应用电磁场数值计算方法对磁感应成像技术进行仿真分析。围绕有限元法计算三维磁感应成像正问题,论文在以下几个方面展开工作:  ①棱边有限元法的实现。首先介绍节点有限元法,通过一个典型的二维静电场问题,详细说明建立有限元方程的基本步骤以及求解有限元方程通用的共轭梯度迭代算法;在此基础上引入棱边有限元法的数学定义,并针对一个典型的三维电磁场涡流问题,根据有限元法的基本实现步骤,详细说明边值问题的建立,求解场量的选取,等价泛函变分问题的建立,棱边有限元单元特征式和棱边有限元方程的生成等方面内容。  ②脑出血磁感应成像正问题模拟实验。首先建立了一个正弦均匀磁场激励磁感应成像测量系统模型,然后基于大脑MRI图像数据生成了真实大脑有限元模型,最后进行了脑出血磁感应成像正问题模拟实验,包括脑组织和脑出血区域电导率的设定和脑出血磁感应成像的三维可视化。  ③正问题并行计算可行性探讨。为了提高棱边有限元法计算正问题的速度,以满足实际需要,引进了并行计算技术。首先介绍基于CPU的并行计算和基于可编程GPU并行计算的基本知识和相互比较,然后重点介绍基于可编程GPU的并行计算技术的实现,包括硬件系统配置和CUDA编程软件的使用,最后在总结Matlab棱边有限元程序流程的基础上探讨了基于CUDA的可编程GPU并行计算技术用于正问题计算以提高计算速度,缩短计算时间的可行性。
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