comsol电磁场实例

一、实验目的熟悉掌握COMSOL Multiphysics软件，通过3D有限元建模方法，建立铂电极-玻璃体-视网膜的分层电刺激模型。深入研究电极如何影响电刺激效果，系统的分析了电极尺寸、电极到视网膜表面的距离等参数对视网膜电刺激的影响，为视网膜视觉假体刺激电极的刺激效果提供指导意义，进一步优化电刺激效果，达到提高人工视觉的修复效果。二、实验仪器设备计算机，COMSOL Multiphysics软件三、实验原理影响视网膜电刺激效果的因素有许多：电极尺寸、电极距视网膜距离、电极形状、电极排列等，这里主要从电极尺寸，电极距视网膜距离来探讨。视网膜电刺激模型通过参考视网膜解剖结构构建，电刺激的有效响应区域取决于神经节细胞层（GCL）电场强度是否大于1000V/m，当大于该值时认为该区域神经节细胞能够兴奋，进而指导电极尺寸、电极距视网膜距离的参数。四、实验内容根据视网膜的解剖结构来构建相应的视网膜分层模型，模型总共分为8层：玻璃体层，神经节细胞层，内网状层，内核层，外网状层，外核层，视网膜下区域，色素上皮层，脉络膜及巩膜。根据视网膜各层的导电特性来设定相应的导电率，模型构建，设置边界条件。在电极处施加相应电流刺激，规定神经节细胞层（GCL）电场强度（>1000V/m）时认为能够引起视神经细胞兴奋，在确定的电流强度下，神经节细胞层（GCL）层电场强度大于1000V/m 的区域认为有效响应区域，进而判断电极刺激的有效响应区域，指导电极尺寸r和电极距视网膜距离h等参数设置。其具体实验步骤如下所示：1、根据视网膜的解剖特性构建视网膜分层模型。模型在三维模式下电磁场子目录下的传导介质DC场下建立。进入建模窗口后，在绘图栏下设置模型为圆柱体，输入各部分的长宽高数值，轴基准点为圆柱体的圆心坐标。模型分为9层（11个求解域），其示图如下：

2、模型建好后，在菜单栏下的物理量里面选择求解域设定，对示图的11个求解域进行设定传导率，如图2所示，其中每一层的电导率情况参考于视网膜导电特性。

3、边界设定。在求解域设置好后，同样在在物理量目录下的边界设定里面对模型边界进行设置。模型中除了地面接地，其他各外表面设置为电流流向，初始值为0。内部表面除了电极内表面视之为电流源输入，其他各内表面设置为连续边界。

4、在完成上述步骤，设置电流源电流输入大小值。然后对模型进行网格化，如下图所示。最后在菜单栏里的求解里选择进行求解，对模型求解，之后利用菜单栏里的后处理里的功能对模型进行求解后续美化处理，完成实验，如图3所示。

五、实验数据在仿真实验中，做了6组仿真模型，分别在电极距视网膜距离处于h=50um，h=150um，所用电极半径r为25um~150um，恒定刺激电流为50uA（电流密度不同）情况下，得到如下图所示结果：