Sim4Life 新手学习指南

2026.03 更新

本篇文章将 Sim4Life 培训教材的内容以单元模块的方式进行分类，用户可以依照自己的研究领域选择不同的模块单元去有系统地学习软件的功能和操作。这里共列出 17 个单元模块，内容包含软件基础安装和设定、高频天线电磁仿真、低频电磁应用、个人化建模、神经动力学、MRI 线圈设计与植入物安全等主题。

以下是依应用领域所建议的学习单元搭配:

• 天线设计: 单元 1、2、3、4
• 微波组件设计: 单元 1、2、3.2、4
• 射频/微波热消融与个人化治疗: 单元 1、2.1-2.2、3.2、4、9、12
• 无线功率传输(WPT): 单元 1、3.2、6、7、8
• 经颅直流/交流电刺激(tDCS/tACS)、磁刺激(TMS): 单元 1、3.2、6、7、8、12
• 深脑刺激(DBS): 单元 1、6、7、9、12、14
• 脊椎电刺激: 单元 1、6、7、9、12、14
• 时域干涉电刺激(TIS): 单元 1、6、12、13
• MRI 线圈设计与优化: 单元 1、2、3.2、15
• 植入物设计与安全分析: 单元 1、2、3.2、4、9、15、16
• 聚焦超声热治疗: 单元 1、9、11、12
• 血流流体分析: 单元 1、10

单元 1

学习目标:
(1) Sim4Life 软件介绍

• 介绍软件的开发单位与导览原厂网站
• 介绍 Sim4Life 模块架构与应用
• 了解桌机/网页版 Sim4Life 的使用方案  
• Sim4Life 网页版导览  

(2) 桌机版 Sim4Life 软件安装、License 导入与 ARES 资源管理 

• 熟悉 Sim4Life、MRI & 神经模块和 ViP/ViZoo模型安装与导入流程
• 认识 License 的安装工具 License Installer、LMTOOLS
• 熟悉 ARES 资源管理接口、远程联机与 GPU 设置

(3) 建模工具操作

• 桌机版 GUI 界面介绍
• 熟悉 Sketch、Solids 与 Templates 中各个建模工具的使用方式
• 学习 Poser 工具对人体模型姿势的调控

(4) 教程练习:

• 人体模型使用与姿势建模
  • 2.2.12 Poser
  • 2.16.2 Handling of Virtual Human Models in Sim4Life
  • 3.11.1 Poser: Linking Objects to Posable Models

• 基础建模工具操作
  • 2.2.1 Introduction to the Model Environment
  • 2.2.2 Model Primitives
  • 2.2.3 Manipulation Tools
  • 2.2.4 Model Operations
  • 2.2.13 Templates

单元 2

学习目标:
(1) FDTD 高频电磁模拟 

• FDTD 计算原理介绍与不同电磁仿真软件算法比较
• 熟悉 FDTD 求解器的种类和参数设置
• FDTD 求解器范例实作
  • 偶极天线仿真: 3.1.1 Dipole Antenna

• 学习串接多个 FDTD 求解器
  • 惠更斯场模拟: 3.1.20 Huygens Import/Export

(2) 后处理工具 

• 熟悉仿真结果的数据处理(图形可视化、数据导出、剂量学工具…)

(3) 教程练习:

• 平面波
  • 3.1.2 Plane Wave Simulation

• SAR 剂量评估
  • 3.1.3 IEEE SCC 34 Benchmark, Dipole and Spherical Bowl
  • 3.1.4 SAR in a Flat Phantom

• 天线设计
  • 3.1.6 Horn Antenna
  • 3.1.16 Phased Array Patch Antenna for 5G [Single element]
  • 3.1.21 Other Antennas
  • 3.1.24 Biconical Antenna

• 滤波器与波导
  • 3.1.12 Hairpin-line Microstrip Bandpass Filter
  • 3.1.17 Asymmetric Bandpass Filter
  • 3.1.18 Coaxial to Rectangular Waveguide Transition
  • 3.1.26 Microwave Applications

单元 3

学习目标:
(1) 电磁应用模块

• 认识 MBSAR、Antenna Diversity、MATCH、Hearing Aid Compatibility Tool(HAC)、DISPFIT 等工具
  • 2.17.7 MBSAR
  • 2.17.8 Antenna Diversity
  • 2.17.9 MATCH
  • 2.17.10 Hearing Aid Compatibility Tool
  • 2.17.11 DISPFIT

(2) 参数扫描(Sweeper)与优化器(Optimizer)

• 了解仿真参数扫描与优化工具的使用流程
  • 2.4 Parametrization, Sweeps and Optimization

(3) 熟悉 Sim4Life 在天线应用方面的参数优化技术

(4) 教程练习

• 手机天线
  • 3.1.5 SAM Phantom with Generic Phone
  • 3.9.2 Antenna Performance Optimization with a Constraint on Electromagnetic Radiation Exposure (Optimizer)

• 贴片天线
  • 3.1.11 Microstrip-Fed Patch Antenna 
  • 3.8.1 Parametrized Patch Antenna (Sweeper)

• 5G 相控数组天线
  • 3.1.16 Phased Array Patch Antenna for 5G [Phased Array]
  • 3.9.3 Maximum Exposure Power Density for 5G Phased-Array Antenna (Optimizer)
  • 3.9.4 Optimized Phased Array Patch Antenna for 5G (Optimizer)​​​​​​
• 天线阻抗匹配
  • 3.2.25 Antenna Matching (MATCH)

单元 4

学习目标:
(1) 认识 FDTD 高频电磁模拟的子网格(Subgrid)功能

(2) 教程练习

• 3.1.13 Subgrid Tutorial: Wireless Capsule Endoscopy
• 3.1.14 Connected Subgrid: Tilted Wire
• 3.1.15 Subgrid Tutorial: Helix Antenna on Generic Phone
• 3.1.19 Adaptive Subgrid: Fitness Tracker

单元 5

学习目标:
(1) Sim4Life python 脚本自动化模拟

• 认识 Sim4Life Python API 功能
• 熟悉在编辑器中(Scripter, VScode, Jupyter Notebook)撰写 Sim4Life python 脚本
  • 2.20 Python Scripting Environment
• Sim4Life 脚本案例练习

(2) Jupyter notebook 范例-基础建模练习

• 3.13.1 CAD Modeling Tutorials

单元 6

学习目标:

(1) Sim4Life 低频电磁模拟应用

(2) Sim4Life 低频电磁求解器的种类与模拟参数设置

(3) 学习串接不同的低频电磁运算器

(4) 教程练习

• 低频/静电场模拟
  • 3.2.1 Parallel Plates (Electro Static)
  • 3.2.3 Two Metallic Spheres (Electro Static)

• 低频/静磁模拟
  • 3.2.5 Power Line (Magneto Static Biot-Sav.)
  • 3.2.6 Transcranial Magnetic Stimulation (Magneto Quasi-Static)
  • 3.2.8 Self-Inductance of Qi Transmit Coil (Magneto Static Vector Pot.)
  • 3.2.15 Helmholtz Coil (Magneto Quasi-Static)
  • 3.2.17 Toroidal Inductor (Magneto Static Vector Pot.)

单元 7

学习目标:

(1) 非结构化网格(Unstructured Mesh)的低频电磁仿真流程

• 认识结构化与非结构化网格的低频电磁求解器种类
• 熟悉非结构化网格的模型预处理与求解器参数设置

(2) 教程练习

• 3.2.2 Parallel Plates – Unstructured (Electro Static)
• 3.2.4 Two Metallic Spheres - Unstructured (Electro Static)
• 3.13.6 Octree Mesher (Python tutorial)

单元 8

学习目标:

(1) 低频电磁模拟在无线电力传输(WPT)的应用

• 认识 WPT 测试标准 IEC63184、模拟与量测方法

(2) 教程练习

• 3.2.9 Wireless Power Transfer: Exposure Assessment (Magneto Static Vector Pot. & Magneto Quasi-Static)
• 3.2.10 Wireless Power Transfer: Exposure Assessment - Unstructured (Magneto Static Vector Pot. & Magneto Quasi-Static)
• 3.2.11 WPT Exposure Assessment with MAGPy source (Magneto Quasi-Static)

单元 9

学习目标:

(1) 热仿真基础理论与实作(热装置建模, 仿真参数设定, 后处理)

• 2.8.1 Thermal Simulation Theory
• 2.8.2 Structured Thermal Simulation Settings
• 2.8.3 Unstructured Thermal Simulation Settings

(2) 学习串接电磁与热求解器进行模拟计算

(3) 教程练习

• 3.3.1 Heated Brain
• 3.3.2 Superficial Hyperthermia using a Lucite Pyramid Applicator
• 3.3.3 RF Ablation of Liver Tumor

(4) 场调变(Modulation)工具

• 认识 Sim4life 场调变工具的使用方式
  • 2.13.20 Modulation
• 教程练习
  • 3.3.5 Transient RF Heating of Yoon-Sun Arm

单元 10

学习目标:

(1) 流体模拟理论与实作(血管建模, 模拟参数设定, 后处理)

• 2.9.1 Flow Simulation Theory
• 2.9.2 Flow Simulation Settings

(2) 教程练习

• 3.4.1 Pipe Flow
• 3.4.2 Bifurcating Blood Vessel
• 3.4.3 Lid Driven Cavity

单元 11

学习目标:

(1) 超声模拟理论与实作(超声装置建模, 仿真参数设定, 后处理)

• 2.10.1 Acoustic Simulation Theory
• 2.10.2 Acoustic Simulation Settings

(2) 教程练习

• 3.7.1 Single Element Focused Transducer

单元 12

学习目标:

(1) Sim4Life 医学图像处理与人体头部/躯干建模工具

• 基本图像处理
  • 2.15 Segmentation
  • 3.13.4 Meshing Nerves (Python tutorial)
• iSEG 医学影像半自动建模工具
  • 教程练习: Segmentation of the Pelvis (iSeg Tutorial)
• AI 自动化建模操作
  • 2.2.9 Auto-Label: Automatic Head Model Segmentation
  • 2.2.10 Auto-Segment: Automatic Torso/Trunk Segmentation
  • 教程练习: 3.10.1 Head Segmentation
• 扩散张量影像(DTI)处理
  • 2.6.2.3.1 Anisotropic and Inhomogeneous Conductivity Tensors
  • 2.13.16 Anisotropic Conductivity
  • 教程练习: 3.13.2 Anisotropic Conductivity from DTI Data (Python tutorial)

• 经颅磁刺激(TMS)
  • 3.2.16 Transcranial Magnetic Stimulation With Complex Head Model
  • 3.13.8 Transcarnial Magnetic Stimulation with Magnetic Quasi-Static Solver with a Personalized Head Model (Python tutorial)
• 经皮脊髓刺激(tSCS)
  • 3.13.9 Personalized Transcutaneous Spinal Cord Stimulation from Patient MRI (Python tutorial)
• 电阻抗断层扫描(EIT)
  • 3.13.11 Personalized Electrical Impedance Tomography (Python tutorial)
• 聚焦超声刺激(FUS)
  • 3.13.12 Personalized Focused Ultrasound from Patient CT (Python tutorial)

(3) Sim4Life 表面投影工具与电极-皮肤阻抗模型介绍

• 皮肤表面投影
  • 2.2.7.8 Surface Projection
  • 教程练习: 3.13.5 Surface Projecting Tool (Python tutorial)

• 接触阻抗模型
  • 2.13.21 Contact Impedance
  • 教程练习: Skin Impedance model (Python tutorial)

单元 13

学习目标:

(1) 认识时域干涉刺激(Temporal Interference Stimulation, TIS)技术

(2) 熟悉 Sim4Life 的 TIS 模拟设置与后处理

• 2.2.11 The 10-10 System: Points on Scalp and Electrode Placement

(3) 教程练习

• 3.2.12 SAM Head with Electrodes
• 3.2.13 Temporal Interference with Complex Head Model
• 3.13.7 Temporal Interference Stimulation with Ohmic Electro Quasi-Static Solver with a Personalized Head Model (Python tutorial)
• 3.2.14 Multiple Electrodes in Homogenous Medium

• TI Planning Tool Manual

单元 14

学习目标:

(1) Sim4Life 神经模拟应用

• 熟悉 Sim4Life 神经模拟技术，包含神经数值模型建立、神经求解器参数设置与数据后处理
  • 2.12.1 Neuronal Dynamics Solver Theory
  • 2.12.2 Generalized Activating Function Theory
  • 2.12.3 Neuronal Dynamics Simulation Settings
  • 2.13.15 Hessian Matrix Calculator
  • 2.13.22 Neuronal Dynamics Post Processing

• 学习串接低频电磁与神经求解器进行模拟计算
• 教程练习
  • 3.6.1 Monopole Stimulation
  • 3.6.2 Neuronal Networks and Connections
  • 3.6.3 Yoon-sun Arm Stimulation
  • 3.6.4 Yoon-sun Arm Neural Sensing
  • 3.6.5 Electroceuticals - Implantable Stimulator - Recruitment and Selectivity
  • 3.6.6 Electrode with Nerve Model
  • 3.6.7 Orientation-Dependent Threshold E-Fields in Cortical Pyramidal Neuron Models
  • 3.6.8 Volume of Tissue Activated (VTA) by DBS lead using the Hessian Evaluator
  • 3.6.9 Electroceuticals: Predictions of Stimulation Thresholds and eCAP Recording
  • 3.9.5 Optimization of a Spinal Stimulator (Optimizer)
  • 3.6.6 Neurostimulation By Electroceuticals Pipeline (网页版限定)

单元 15

学习目标:

(1) Sim4Life MRI 应用

• 鸟笼线圈设计
  • 2.17.1 BCAGE
• 平行发射线圈分析
  • 2.17.4 Parallel Transmit
  • 2.17.5 TXCOIL
• MUSAIK 模块
  • 2.17.2 MUSAIK
  • 2.17.3 MUSAIK Pro (V2.0)

• 平行发射线圈设计、仿真与分析
  • 3.1.8 MRI Single Loop Coil
  • 3.1.10 MRI Parallel Transmit Coil Array
  • 3.3.6 MRI Parallel Transmit Coil Array With Phantom
  • 3.9.1 B1+ Field Shimming of a Parallel Transmit MRI Coil Array (Optimizer)
• 鸟笼线圈设计、模拟、分析与优化
  • 3.1.7 Generic MRI System and Lead Pass (Empty Coil 章节)
  • 3.1.9 MRI Lowpass Volume Coil
• MUSAIK Pro (V2.0) 平行接收线圈优化
  • 3.11.1 pRx Coil Array Optimization

• 2.17.12 SYSSIM
• 3.13.1 MRI Simulation of a human head (网页版)

• 3.2.7 Gradient Coil
• 3.5.1 Design of a MRI Z-Gradient Coil
• 3.6.10 Periphereal Nerve Stimulation Induced by Gradient Coils

单元 16

学习目标:

(1) 认识植入物安全测试标准与 Sim4Life 植入物安全分析工具

• 被动式与主动式植入物安全测试标准: ASTM F2182, ISO 10974
• Sim4Life 植入物安全分析工具: IMSAFE, MRIxViP 与 IMAnalytics
  • 2.17.6 IMSAFE – RF
  • 2.17.13 IMAnalytics

(4) 植入物建模练习

• 3.11.2 Modeling Pacemaker Lead in ViP
• 3.13.3 Implant Routings (Python tutorial)

(5) 应用案例练习

• 3.1.7 Generic MRI System and Lead Pass (ASTM Phantom & Lead Pass 章节)
• 3.3.4 Heating from a Standard Active Implantable Medical Device 
• 3.1.22 Assessment of MRI-Induced Risks in Active Implants with Transfer Function Approach
• 3.13.10 Numerical Estimation of Transfer Function for Non-Homogeneous Tissue in Sim4Life (Python tutorial)
• 3.1.23 Assessment of MRI-Induced Risks in Active Implants with Minimal Restrictions

单元 17 (网页版限定)

学习目标:

(1) 认识元建模(Meta modeling)、代理模型(Surrogate model)等进阶模拟概念和工具操作

•  2.20 Model Intelligence

(2) 教程练习

• 3.14.1 Model Intelligence Tutorial - Sural Nerve Pain Relief Neural Implant Design Optimization
• 3.14.2 Model Intelligence Tutorial - Sural Nerve Pain Relief Neural Implant Tissue Condutivity Uncertainty Quantification