，采用电磁场的解析法、半解析法或数值求解方 法，获得电信号由发送端传输至接收端的传输方程，计算出路径损耗、相位偏移，估计信道 容量、传输速率、误码率，获得人体信道模型。
[0022] 由于在体表人体通信过程中，对信号传输效果影响最大的是组织的电导率，而在 常见的人体组织中仅有骨骼、肌肉、脂肪在人体通信的准静态场范围内才算得上良导体。又 考虑组织本身的尺寸对信号的传输存在不可忽略的影响。综上考虑，本模型将人体四肢、 胸部及中部组织结构分为皮肤、脂肪、肌肉和骨骼四层，将躯体组织结构分为皮肤、脂肪、肌 肉、骨骼和内脏五层，而将头分为皮肤、脂肪、肌肉、骨骼和大脑五层。
[0023] 步骤S03组织重构还包括以下步骤：步骤S031 :对所述组织结构进行重构；步骤 S032 :对所述组织结构进行填充；步骤S033 :对所述组织结构进行布尔运算，得到组织结构 的重组模型。
[0024] 其中所述电磁参数包括电导率、相对介电常数及磁导率。
[0025] 步骤S06中，根据肌肉纤维的排列特性，肌肉层具有各向异性电导率，8卩〇为一个 3X3的矩阵。
[0026] 在本发明具体实施例中，以人体腿部模型为例。首先获取个性化的人体影像数据， 根据人体影像图对人体结构由内向外提取结构体第一层组织的轮廓，并进行重构。首先提 取骨骼轮廓，将骨骼轮廓进行三维重构，并将重构好的模型填充形成实体即为骨骼层，具体 参见图2。再提取肌肉层轮廓，并将其重构填充得到肌肉层实体，参见图3,而后将肌肉层实 体与骨骼层进行布尔运算得到脂肪层，参见图4。并以此类推得到，直到得到最外层轮廓， 即皮肤层。腿部的模型重构好参见图5。详细流程图参见图6。最后，以相似的方法重构 人体其他部位的结构体，如图7。同时，重构起连接作用的胸部和中部模型，如图8。将构建 好的符合人体几何结构的人体头部、躯体、四肢、胸部和中部模型拼接重组，获得具有多种 组织结构且符合人体外观轮廓和主要内部结构的个性化人体模型，如图9。在人体模型表 面一小腿添加信号电极，以电压或电流形式向人体注入信号。在人体另一小腿添加接收电 极，获取人体表面电信号。对人体模型中各组织和电极设置相应的电磁参数，包括电导率、 相对介电常数、磁导率。由于人体模型内部总电荷密度为零，同时，较低频率下人体组织满 足准静态场近似条件，Maxwel 1方程可以等效为拉普拉斯方程，并以此为人体信道模型的控 制方程。进而对各个组织和电极进行边界设置，包括：（1)发送电极在体表以电流或电压形 式向人体内部组织输入电信号；（2)内部组织边界间的电流连续条件；（3)接收电极与模型 表面接触部分的电流连续条件；(4)模型表面与外界的电绝缘条件。最终，采用电磁场的解 析法、半解析法或数值求解方法，获得电信号由发送端传输至接收端的传输方程，计算出路 径损耗、相位偏移，估计信道容量、传输速率、误码率，获得人体信道模型。
[0027] 将本发明提供的个性化人体模型导入相应软件中进行数值计算或有限元仿真的 研宄，为人体通信信道特性的研宄提供了可视化平台，对穿戴式人体通信设备的研制具有 重要的意义。
[0028] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 基于个性化人体影像数据的体表人体通信建模方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤SOI:获取人体影像图集，将图集划分为头、躯干、四肢、胸部和中部五种结构体； 步骤S02 :依据不同结构体的各自特点，对每幅影像图片中的主要组织进行轮廓划分； 步骤S03 :将结构体的组织结构进行重组得到对应的结构体模型； 步骤S04 :将构建好的符合人体几何结构的各部分结构体模型拼接重组，使用人体胸 部和中部模型进行人体拼接，获得具有多种组织结构且符合人体外观轮廓和主要内部结构 的个性化人体模型； 步骤S05 :在所述人体模型表面添加信号电极，以电压或电流形式向人体注入电信号， 在所述人体模型表面其他位置添加接收电极，获取体表传感器发送的电信号； 步骤S06 :根据人体组织的不同特性，对人体模型中各组织和电极设置相应的电磁参 数； 步骤S07 :对各个组织和电极进行边界设置，包括：（1)发送电极在体表以电流或电压 形式向人体内部组织输入电信号：当输入电流时，
Y= 〇 +we，其中，J〇为发 送电极输入人体的电流密度，Y= 〇+?e，〇为电导率，《为角频率，e为介电常数；当 输入电压时，V= %，％表示发送电极输入人体的电压信号；(2)内部组织边界间的电流和 电压连续条件：Js=Jh，Vs=Vs_i其中J3和Js_i表示相邻组织接触面的电流密度，V3和Vs_i 表示相邻组织接触面的电压，s表示组织层数，s= 5,4, 3, 2 ; (3)接收电极与模型表面接触 面的电流和电压连续条件4= Vp其中t表示接收电极的电压，表示接收电极 的电流密度；(4)模型表面与外界的电绝缘条件：
步骤S08 :以拉普拉斯方程 为人体信道的控制方程，结合S07的边界条件，采用电磁场的解析法、半解析法或数值求解 方法，获得电信号由发送端传输至接收端的传输方程，计算出路径损耗、相位偏移，估计信 道容量、传输速率、误码率，获得人体信道模型。
2. 根据权利要求1所述的基于个性化人体影像数据的体表人体通信建模方法，其特征 在于：所述步骤S02包括以下具体步骤：四肢和胸部及中部的组织结构划分为皮肤、脂肪、 肌肉及骨骼；躯体的组织结构划分为皮肤、脂肪、肌肉、骨骼及内脏；头部的组织结构划分 为皮肤、脂肪、肌肉、骨骼及大脑。
3. 根据权利要求1所述的基于个性化人体影像数据的体表人体通信建模方法，其特征 在于：步骤S03还包括以下步骤：步骤S031 :对所述组织结构进行重构； 步骤S032 :对所述组织结构进行填充； 步骤S033 :对所述组织结构进行布尔运算，得到组织结构的重组模型。
4. 根据权利要求1所述的基于个性化人体影像数据的体表人体通信建模方法，其特征 在于：所述电磁参数包括电导率和相对介电常数。
5. 根据权利要求1所述的基于个性化人体影像数据的体表人体通信建模方法，其特征 在于：步骤S06中，根据肌肉纤维的排列特性，肌肉层具有各向异性电导率。
【专利摘要】本发明提供基于个性化人体影像数据的体表人体通信建模方法，首先获取个性化的人体影像数据；将人体分成头部、躯体、四肢等结构体；再将每个结构体划分成多种组织结构，包括皮肤、脂肪、肌肉和骨骼等；在每幅影像图片上对各个组织的轮廓进行提取，将所有组织的所有结构体重组，获得具有多种组织结构且符合人体外观和主要内部结构的个性化人体模型；在人体模型表面适当位置添加信号电极，以电压或电流形式向人体注入信号。在人体其他位置添加接收电极，获取人体表面电信号。对各个组织和电极进行边界设置。本发明解决了现有技术中基于规则人体几何模型得出的信道特性与实际人体实验结果存在误差的问题。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104778301
【申请号】CN201510073480
【发明人】高跃明, 杜民, 韦孟宇, 吴珠梅
【申请人】福州大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年2月12日