научная статья по теме ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ДОЗИМЕТРИЯ В ОЦЕНКЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НОСИМЫХ РАДИОСТАНЦИЙ. СООБЩЕНИЕ 2. ГОМОГЕННЫЕ ФАНТОМЫ ГОЛОВЫ ЧЕЛОВЕКА Биология

Текст научной статьи на тему «ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ДОЗИМЕТРИЯ В ОЦЕНКЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НОСИМЫХ РАДИОСТАНЦИЙ. СООБЩЕНИЕ 2. ГОМОГЕННЫЕ ФАНТОМЫ ГОЛОВЫ ЧЕЛОВЕКА»

РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 4, с. 431-435

= ^ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ =

УДК 537.86:611.08:611.91

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ДОЗИМЕТРИЯ В ОЦЕНКЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

НОСИМЫХ РАДИОСТАНЦИЙ. СООБЩЕНИЕ 2. ГОМОГЕННЫЕ ФАНТОМЫ ГОЛОВЫ ЧЕЛОВЕКА

© 2015 г. С. Ю. Перов1, Е. В. Богачева2 *

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва 2Научно-исследовательский институт медицины труда, Москва

В статье рассмотрены результаты теоретической и экспериментальной дозиметрии электромагнитных полей в гомогенных фантомах головы человека. Представлены результаты оценки удельной поглощенной мощности в антропометрической модели головы человека в случае, когда источник электромагнитного радиочастотного поля располагается перед лицом. Показано минимальное расхождение результатов измерения с данными моделирования в тканеэквивалентной жидкости головы, позволившее провести дальнейшее моделирование тканей головного мозга. Проведенные исследования показали, что тип источника и форма фантома играют важную роль в структуре распределения удельной поглощенной мощности.

Электромагнитное поле, радиочастотный диапазон, численная дозиметрия электромагнитных излучений, экспериментальная дозиметрия электромагнитных излучений, удельная поглощенная мощность, фантомы.

БО1: 10.7868/80869803115040086

Распространенные в настоящее время носимые средства связи как источники электромагнитных полей (ЭМП) характеризуются той особенностью, что в процессе эксплуатации находятся в непосредственной близости от человека. Во время работы этих устройств и в зависимости их от расположения происходит облучение головного мозга, зрительного анализатора, щитовидной железы, сердца и других органов пользователя. Специфика подобного взаимодействия зависит от многих параметров, таких как характеристики ЭМП, условия и время экспозиции, диэлектрические свойства органов и тканей объекта облучения, его форма и геометрические размеры, и т.д. Объективная количественная оценка и интерпретация механизмов возможных биологических реакций при этом вызывает значительные затруднения, поскольку существуют особенности взаимодействия ЭМП с объектами, находящимися в ближней зоне источника излучения [1]. В настоящее время эта проблема реализуется с помощью методов теоретической и экспериментальной дозиметрии, позволяющих решать различные задачи с учетом специфики биологических объектов и условий воздействия в ближней зоне источника ЭМП [2]. Подобные подходы

* Адресат для корреспонденции: 105275 Москва, просп. Буденного, 31; ФГБНУ "НИИ МТ"; тел.: (917) 567-10-07; факс: (495)365-09-02; e-mail: elenav567@gmail.com.

стали возможными в результате повышения мощности вычислительных ресурсов компьютеров, а также развитием соответствующей инструментальной базы средств измерения и контроля.

В задачи теоретической дозиметрии ЭМП входят расчетные (численные) методы для определения величины удельной поглощенной мощности (УПМ) в сложных имитационных моделях как всего биологического объекта, так и его отдельных частей (голова, торс, конечности). Изначально в вычислениях использовались упрощенные модели в виде сферы, эллипсоида, шара, цилиндра и т.д., однако с развитием возможностей вычислительной техники были разработаны численные кубические (воксельные) модели объектов [3]. Подобные модели, основанные на реальных анатомических данных целостного организма человека и животных или их частей, получены с помощью магнитно-резонансной и компьютерной томографии и характеризуются высоким разрешением [4]. Однако в стороне не остались и методы экспериментальной дозиметрии, среди которых в настоящее время наиболее оптимальным является инструментальная оценка УПМ в тканеэквивалентных гомогенных фантомах с помощью миниатюрных изотропных зондов [5].

В экспериментальной и теоретической дозиметрии для исследований ЭМП от носимых

432

ПЕРОВ, БОГАЧЕВА

а

Рис. 1. Расположение рации "Радий-301" относительно фантомов головы человека при теоретической

(а) и экспериментальной (б) дозиметрии.

средств связи была использована специальная антропометрическая модель (манекен) головы человека или Specific Anthropomorphic Mannequin (SAM) в англоязычном варианте, созданная на основе антропометрических исследований большого числа голов взрослых людей [6]. Данной модели соответствует жидкостной гомогенный фантом головы человека, который принят в международных стандартах и рекомендациях по оценке УПМ в сотовой связи, когда телефон (источник ЭМП) во время разговора (передачи) располагается, как правило, возле правого или левого уха человека, что создает условия максимального облучения [7, 8]. Однако носимые рации в процессе эксплуатации имеют некоторую специфику в расположении относительно головы пользователя, которая отличается от сотового телефона. Сложившаяся при этом практика связана с тем, что в подобном типе оборудования используется режим связи, когда такое устройство во время передачи информации (разговора) работает с максимальной выходной мощностью и располагается при этом перед лицом пользователя. В процессе приема рация находится непосредственно около уха человека и при этом уровень ЭМП, естественно, минимален по сравнению с режимом передачи.

В зарубежной литературе встречаются данные по результатам теоретической дозиметрии и оценки УПМ в моделях, когда источник ЭМП (рация) располагается с фронтальной стороны объекта. Однако такие исследования в основном направлены на выявление изменений температуры и построение карт температурных распределений в сложных биологических структурах [9]. Теоретическая дозиметрия электромагнитных излучений, выполненная для рации типа "walkie-talkie" при различном положении перед гомогенной моделью головы человека, показала, что максимальное значение УПМ наблюдается при вертикальном положении перед лицом пользователя [10, 11].

В предыдущей публикации представлены результаты численного моделирования и измере-

ний структуры распределения УПМ в плоском гомогенном тканеэквивалентном фантоме при воздействии ЭМП носимой радиостанции [12]. В результате этих исследований показана возможность использования сочетанного применения методов теоретической и экспериментальной дозиметрии в объективном определении величины УПМ при оценке биологического эффекта действующего ЭМП. В то же время представляется целесообразным перейти от теоретического и численного моделирования поглощения ЭМП в плоском гомогенном манекене к объекту более сложной формы — модели головы человека.

В связи с этим целью настоящего исследования стало определение величины УПМ в гомогенном тканеэквивалентом фантоме головы человека при воздействии ЭМП от носимой рации с применением методов теоретической и экспериментальной дозиметрии.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

Источником ЭМП в наших исследованиях служила носимая рация "Радий-301" ("Ижевский радиозавод", Россия) с максимальной выходной мощностью 5 Вт, работающая на частоте 171 МГц.

В настоящих исследованиях, так же как и в предыдущих, использовали теоретическую и экспериментальную дозиметрию электромагнитных излучений, ориентированную на определение поглощения и распределения УПМ в гомогенном фантоме головы человека. Моделирование условий экспозиции проводили с использованием двухслойной модели головы SAM, разработанной для компьютерной программы SEMCAD X у.14.8 ("SPEAG AG", Швейцария). Внешний слой численной модели имитировал физические параметры пластиковой оболочки фантома, а внутренняя часть — тканеэквивалентная жидкость HBBL — имитировала интегральные диэлектрические свойства тканей головы человека ("SPEAG AG", Швейцария). Диэлектрическая проницаемость оболочки фантома 3.5; электрическая проводимость 0.02 См/м; плотность 1060 кг/м3; для жидкости HBBL диэлектрическая проницаемость 51.9, электрическая проводимость 0.76 См/м, плотность 1000 кг/м3. Диэлектрические характеристики, которые использованы в расчетах и экспериментальной части исследований, приведены для частоты 171 МГц.

Модель рации располагалась параллельно голове со стороны "лица" фантома, как показано на рис. 1, а. В рамках численной дозиметрии оценку УПМ проводили на расстояниях 0, 5, 8, 10 и 50 мм от кончика носа фантома до рации.

В целях подтверждения результатов моделирования была проведена экспериментальная оценка УПМ посредством измерения электрической со-

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ДОЗИМЕТРИЯ

433

Рис. 2. Теоретическая оценка структуры распределения УПМ в гомогенном фантоме с жидкостью HBBL при фронтальном расположении рации "Радий-301".

ставляющей ЭМП в фантоме головы человека SAM V6.0 Facedown ("SPEAG AG", Швейцария) с помощью системы автоматизированной дозиметрии DASY 52 NEO ("SPEAG AG", Швейцария). Источник излучения располагался под фантомом, заполненным тканеэквивалентной жидкостью HBBL (рис. 1, б) на расстояниях 8, 10 и 50 мм от кончика носа. Измерения в фантоме головы проводили в различных плоскостях с шагом 15 мм.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Величины и характер распределения УПМ в модели головы человека с тканеэквивалентной жидкостью HBBL, полученные в результате теоретического моделирования в случае соприкосновения рации с фантомом, представлены на рис. 2. Величина УПМ в зависимости от расстояния до источника ЭМП варьировала от 0.15 до 1.98 Вт/кг, причем максимальные значения были отмечены в области носа и глаз.

Результаты экспериментальной оценки уровней УПМ позволили подтвердить корректность построенной модели. В связи со сложностью проведения измерений с помощью имплантированных зондов в объектах сложной формы, в качестве реперной точки в фантоме головы для сопоставления результатов экспериментальной и теоретической дозиметрии была выбрана переносица. На рис. 3 представлен характер изменения максимальных значений УПМ в данной точке в зависимости от расстояния между рацией и фантомом головы человека. Обнаружено, что при удалении источника ЭМП от фантома наблюдалась тенденция к снижению величины УПМ как при численном моделировании, так и в ходе экспериментальной оценки, при этом расхождение

Расстояние от источника до фантома, мм

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком