【论文精选】猪体三维电学模型构建与验证

来源：农业工程学报

《农业工程学报》2019年第35卷第20期刊载了新疆农业大学等单位李春兰、王海杨、张亚飞、杜松怀、叶豪、高阁与罗杰的论文——“猪体三维电学模型构建与验证”。该研究由国家自然科学基金（项目号：51467021）资助。

为开发基于触电电流动作的新型剩余电流保护装置，解决剩余电流保护装置因保护死区造成的投运率低和误动作的问题，亟需大量的触电信号来研究触电电流与剩余电流间的相互关系。由于人体标本取材困难，且受到伦理道德的限制，而采用动物做触电试验来获取触电信号，会耗费大量的财力、物力和人力，给研究人员带来诸多不便。鉴于猪在解剖、组织和生理学特性等方面与人类十分相似，被认为是研究人类疾病和构造的最合适动物，提出构建猪体三维电学模型进行触电仿真试验替代其触电物理试验获取触电信号。

该研究采用Canny边缘检测法和圆弧拟合法提取猪体514个关键点，利用猪与人体组织介电特性的高度相似性，基于修正系数法获取50 Hz频率下猪体组织的电参数，在ANSYS平台上构建符合解剖学结构的猪体电学模型，并采用同一量化等级对模型进行网格划分。采用面接触触电和线接触触电的方式模拟课题组触电物理试验中的捆绑触电和点触触电，考虑到触电电流流过猪体心脏、呼吸器官和神经中枢时危害最大，试验时选择左前肢-右后肢和左前肢-左后肢两种触电路径。

研究结果表明，触电电压相同时，面接触触电方式，左前肢-左后肢和左前肢-右后肢触电路径下平均电流密度分别为0.973和0.641 A/m2，线接触触电时分别为0.782和0.579 A/m2；相同触电方式下，左前肢-左后肢触电路径中的电流密度大于左前肢-右后肢触电路径中的电流密度，相同触电路径下，面接触触电方式触电电流密度大于线接触触电的电流密度；两种触电方式下各取30组数据，触电仿真电流与触电物理试验获得电流的平均相对误差为3.5%，表明该电学模型在生物体触电仿真研究中可行。研究结果可为进一步研究人体电学模型提供参考，同时为研发基于触电电流动作的新型剩余电流保护装置奠定一定的理论基础。