求解器和组织模型

电磁学全波求解器

电磁学全波求解器（P-EM-FDTD）在自适应非均匀网格上提供加速全波电磁建模（> 10 亿体素），并采用独特的多分辨率子网格算法优化局部网格细化。求解器支持色散材料、薄层模型、保形校正、叠加电路元件建模以及丰富的边界条件和源类型。此外，它们还为毫米波应用提供了精确高效的皮肤模型，其强大的功能足以处理我们的虚拟人口解剖模型的全部复杂性。

应用领域

  • 电磁系统建模和优化
  • 生物医学设备设计与优化
  • 天线和天线阵列设计、位置优化、链路预算
  • 无线电力传输 (WPT) 系统
  • 无线通信设备设计
  • 雷达
  • 阻抗、串扰、干扰
  • 机内和机外链路优化
  • 暴露评估（入射 E- / H-场、iPD、诱导场、SAR、APD、ΔT、ICNIRP 和 IEEE 暴露标准指标）
  • MRI 系统（pTx 射频线圈、Rx 射频线圈）线圈设计
  • MR 暴露安全（包括主动和被动植入物）
  • 射频/兆瓦热疗
  • 射频肿瘤消融

准静态电磁求解器

Sim4Life 的结构化准静态电磁求解器（P-EM-QS）及其非结构化同类求解器（P-EM-UQS）通过在分级体素网格和非结构化网格上应用有限元法，实现了静态和准静态电磁环境的高效建模。这些求解器支持消息传递接口（MPI）并行化，可在多种电磁环境下提供优化的精度和速度性能。P-EM-QS 系列求解器是处理异构复杂几何图形的理想选择，而 P-EM-UQS 系列求解器则能对基于 CAD 的几何图形中的精细特征进行出色的离散化处理。

应用领域

  • 低频和静态电磁建模和优化
  • 生物医学设备设计与优化
  • 无线电力传输 (WPT) 系统
  • 阻抗、串扰、干扰
  • 体内到体内和体内到体内链路优化
  • 暴露评估（支持国际暴露安全标准中的低频暴露指标）
  • 低频风险评估（WPT、核磁共振成像梯度线圈、焊接、电磁炉等）
  • 非侵入性神经刺激优化（TMS、TES、颞叶干扰刺激（TIS）
  • 植入式神经刺激优化（DBS、SCS、起搏器等）
  • 神经义肢（视网膜义肢、耳蜗义肢、前庭义肢、运动义肢）
  • 生物电子医学和 "电疗"（调节外周神经系统以恢复/控制器官生理机能和免疫系统）
  • 脑机接口（BMI）
  • 脑电图/心电图
  • 用于闭环控制、状态同步疗法和诊断的神经传感
  • 磁共振成像梯度线圈设计
  • 低频热疗（如使用纳米粒子）

热力学求解器

热力学求解器（P-THERMAL）可使用先进的灌注和体温调节模型对活体组织中的热传递进行建模。求解器包括有限差分时域（FDTD）和稳态有限体积求解器。既支持结构化的直线体素离散（适用于异质系统和/或复杂几何结构），也支持非结构化网格（适用于高精度表示精细 CAD 结构）。还包括专用的热损伤和效应量化模型（如 T-CEM43 热剂量）。

应用领域

  • 热管理
  • MRI Tx 射频线圈设计和安全评估
  • 主动和被动植入物的磁共振成像安全性
  • 射频热疗（如热疗肿瘤学）
  • 超声波治疗设备的安全性和疗效评估
  • 射频/兆瓦肿瘤消融、射频手术
  • 冷冻手术、脑冷却
  • MRgFUS 神经外科应用（肿瘤消融、神经病理性疼痛治疗、运动障碍）
  • 低温症和中暑
  • 温度依赖性神经元动力学
  • 大血管和灌注的局部冷却

声学求解器

全波声学求解器（P-ACOUSTICS）可处理线性和非线性压力波（色散特性、混频）。它针对计算压力波在人体等复杂环境或头骨等高度异质介质中的传播进行了优化。此外，声学求解器还支持基于 CT 的骨骼属性图，以实现个性化聚焦超声定位。

应用领域

  • 声学暴露
  • 高强度和低强度聚焦超声（HI/LIFUS）
  • 诊断和治疗超声设备的设计与优化
  • 超声设备的安全性和有效性评估
  • 基于 FUS 的可逆血脑屏障破坏，有针对性地增强活性药物的输送
  • 超声介导的药物释放
  • 声学神经调控
  • MRgFUS 神经外科（肿瘤消融、神经病理性疼痛治疗、运动障碍等）

神经元组织模型

神经元组织模型（T-NEURO）可以使用多室表示法或通用模型，对电磁诱导的神经元生理学从激活到抑制进行动态建模。Sim4Life 集成了耶鲁大学的 NEURON 仿真环境，是研究场-神经元相互作用、优化神经刺激设备和评估暴露安全性的理想工具。T-NEURO 不仅能预测单个轴突的反应，其独特的扩展互易定理实现了对脑磁图/脑电图（MEG/EEG）等全脑生物信号的模拟和分析，可适应真实的神经元源、不均匀介电环境和各种记录设备的几何形状。

应用领域

  • 电磁神经刺激（脊髓刺激（SCS）、脑深部刺激（DBS）等）
  • 经颅脑刺激（电：经颅交流/直流电刺激（TACS/TDCS）、颞叶干扰刺激（TIS）；磁：经颅磁刺激（TMS）
  • 神经传感（复合动作电位（CAP）、脑电图（EEG）和皮质图（ECoG）记录、局部场电位（LFP）等）
  • 导管刺激和传感
  • 神经义肢（视网膜、耳蜗、前庭、运动义肢）
  • 生物电子医学（"电药物）
  • 磁共振引导聚焦超声（MRgFUS）神经外科（肿瘤消融、神经病理性疼痛治疗、运动障碍等）
  • 低频电磁暴露安全评估（无线电力传输、磁共振梯度线圈等）
  • 温度依赖性神经元动力学
  • 神经运动失能
  • 神经接口设计与优化
  • 脑机接口（BMI）

热组织损伤模型

热组织损伤模型

Sim4Life 的热剂量和组织损伤模型可以评估加热对活组织生理机能的影响。CEM43 组织加热模型是一种广泛应用的技术，用于量化基于直接细胞毒性效应的瞬时加热影响。CEM43 可将随时间变化的热暴露转换为 43°C 的等效暴露时间（以分钟为单位）。这种方法通过将不同的瞬态热暴露情景（如高温短时间加热与中度长时间加热）与既定的损伤阈值联系起来，对它们进行定量比较。Sim4Life 还可通过阿伦尼乌斯组织损伤模型对组织损伤进行直接评估。

应用领域

  • 肿瘤热疗（疗效评估和优化）
  • 射频、微波和聚焦超声消融
  • 有无植入设备的磁共振安全性
  • 电磁和热暴露安全
  • 皮肤灼伤量化

组织特性数据库

材料参数数据库由 IT'IS 基金会该数据库为计算生命科学界提供了越来越多的生物组织特性的推荐值和相关差异。该数据库免费，可在线访问，并不断更新，以反映现有的最高质量测量结果。Sim4Life 可让用户轻松地从材料属性数据库中自动为虚拟群体 (ViP) 模型分配组织参数值。此外，Sim4Life 还支持基于图像的异质组织属性图分配（各向异性脑组织传导性、灌注、骨骼中的声传播），以增强真实性和准确性。

属性列表：

  • 随频率变化的介电特性
  • 密度
  • 热容量
  • 热传导率
  • 热传导率
  • 发热率
  • 粘度
  • 声学特性（声速、衰减常数和非线性度）
  • 组织重量分数
  • 磁共振参数（纵向和横向弛豫时间）

灌注模型

灌注通常是影响（和限制）体内加热的主要因素。因此，我们的热解算器提供了先进的灌注和血管模型，包括已知会影响灌注率的主动热调节过程。

工程工具

IMAnalytics（分析

IMAnalytics 是一种新型软件平台解决方案，用于对植入式设备进行全面安全评估。该模块采用 ISO 10974 中定义的第 3 级方法，对植入式设备远端电极的射频诱导功率沉积和发热以及脉冲发生器导联终端的电压进行表征。此外，它还能提取感兴趣区域的射频诱导电场，用于 ISO 10974 第 2 级方法或校准 ASTM F2182 模型测量。IMAnalytics 和 IT'IS MRIxViP1.5T/3.0T 磁场库是首款基于计算建模的医疗设备开发工具 (MDDT) 获得美国食品及药物管理局（FDA）批准.

 

相控阵天线工具

Sim4Life 相控阵天线工具包为 5G 毫米波天线阵列的设计、分析和优化提供了市场上最高效的解决方案。它使工程师能够快速开发和研究相控阵天线，以满足苛刻的性能要求，包括合规性要求。在平面和曲面上，功率密度算法完全符合 IEC/IEEE 63195 标准。

参数化磁共振成像体积线圈设计器

磁共振成像容积线圈设计器是一种交互式工具，可根据用户指定的设计参数（包括物理尺寸、工作频率、馈电和线圈拓扑结构）创建鸟笼式容积线圈。

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