基于中国数字人的经皮神经电刺激信号传导机制建模与分析

摘要

目的:研究经皮神经电刺激(TENS)在实施肌肉刺激时信号在内部的传导情况,为理想刺激提供理论依据。方法:以中国数字人为数据基础,先使用Mimics软件完成组织分割与三维建模;考虑到多物理场有限元建模软件只能使用几何实体,接下来使用Geomagic软件完成组织的实体建模,得到组织的几何实体;最后将获得的几何实体在COMSOL Multiphysics 5.5中建模,并在频域环境下,通过注入20 mA的直流电信号分析信号在手臂中的传播机制。结果:由于皮肤存在集皮肤效应,信号主要集中在电极以及电极与皮肤的接触处,分析位置离电极中心位置越远,人体手臂内部感应电势越小,并且感应电势逐渐变为正电势。在手臂内部,骨骼不传导信号,但骨骼形状及数量会影响电流密度分布的均匀性。结论:在基于中国数字人的TNES信号传导模型中,传导距离越远,信号衰减越大;内部组织结构越复杂,信号分布也越不均匀。