时域有限差分算法是一种对时空域进行离散的迭代方法,已成为电磁场剂量学评估的重要工具。然而,受稳定条件的限制,该算法在处理准静态场、宽频电磁场和多反射非均匀电磁环境建模问题上具有一定局限性。如何在保证算法准确性基础上提高算法效率成为利用该方法研究生物组织与电磁场交互作用的热点问题之一。为解决上述问题,本研究提出并验证了准静态电磁场的近似算法,宽频电磁场吸收剂量的时域和频域算法,基于惠更斯盒的多反射电磁环境的重建算法以及基于多项式混沌展开的电磁场数值计算不确定度求解算法等。论文的主要研究内容和创新点如下：(1)针对时域有限差分法求解准静态场时间开销过大的问题,本论文提出了以自由空间和电介质中的准静态场近似条件为前提,将麦克斯韦方程转化为准静态场求解方程的近似算法。验证算例表明：该近似方法相比于普通时域有限差分方法,在保证求得电场强度差异小于5%的情况下,计算效率大大提高。我们将该方法用于研究暴露于超低频均匀磁场中婴儿模型因姿态变化、身体接触等因素对体内感生电场的影响问题,结果表明婴儿模型的姿态变化对体内感生电场的改变小于5%,而身体接触会造成峰值电场强度显著上升。该结果已被IEEE TC95SC6标准工作组选定为优先研究对象。(2)针对在宽频下色散生物组织的电磁场能量吸收求解复杂的问题,本论文提出时域和频域的求解算法,并将该方法用于评估暴露于电磁脉冲环境中大鼠的吸收剂量。结果表明：时域和频域方法得到的结果差异小于0.5%,但相比于频域方法,时域方法因避免了对信号进行傅立叶变换而节省了大量计算时间。在研究中对算法的多种技术细节和参数选择进行了探讨,这有助于形成规范化的计算协议。(3)设计了具有宽覆盖频段(800MHz-3GHz),大工作区域(0.125m3),多种衰落(Rayleigh和Rician)场景,用于啮齿类动物照射的混响室。研究利用测量方法获取混响室内电场分布并验证其符合的衰落类型,同时基于等效源原理,利用惠更斯盒数值重建了混响室内的电磁环境。然后将该混响室用于大鼠的活体照射确定其体内剂量,并通过吸收截面法验证了数值计算结果的正确性。结果表明数值模拟和实验实测得到的比吸收率差异小于30%。本部分工作首次为生物电磁学中动物实验研究提供了可选择衰落因素的工具,拓展了以前一直以场强和频率为研究目标的量-效关系领域,开发的设备被多所高水平研究机构采用。(4)生物体多种参数具有多变性,有限次的数值模拟难以全面反映实际情况。为有效评估数值计算不确定度和生物体参数敏感度,本研究将多项式混沌扩展法引入数值计算,并以具有不确定几何尺寸和电特性的圆柱体暴露于平面电磁场环境为例,研究输入参数的变化对圆柱体电磁波比吸收率的影响。不确定度分析结果表明圆柱体参数对比吸收率的不确定度影响随频率变化。敏感度分析结果表明圆柱体的电特性参数对比吸收率的影响比几何参数对比吸收率的影响大4倍多。该部分研究首次将模型几何参数纳入剂量学的不确定度研究的范围,对研究不同体态人体电磁剂量学的不确定度具有重要指导意义。