En anatomisk model af børns og voksnes hoveder viser, at SAR værdierne overstiger de gældende grænseværdier specielt for børn
Et forskningsprojekt har vist, at ved brug af en anatomisk baseret lagdelt model af et menneske hoved, konkret en model for hhv. en person på 40 år og et barn på 5 år, overstiger SAR-værdien (den specifikke absorptionshastighed) den normale maksimumværdi, som er fastsat af organisationer som IEEE, ICNIRP og FCC. De gennemsnitlige SAR-værdier for hovederne for henholdsvis voksne og børn afslørede også, at SAR er højere hos børn, fordi deres hoveder er mindre og har andre elektriske egenskaber end hoveder for voksne.
På baggrund af resultaterne opfordrer forskerne til at sikkerhedsværdierne for SAR for RF-eksponering skal evalueres omhyggeligt for overensstemmelse med trådløse enheder, der kan bæres på kroppen eller i hånden. De relevante standarder skal ændres for at tage højde for virkningerne af elektromagnetisk feltkobling med lagdelt hjernevæv.
Baseret på data fra de enkelte nationers kræftregistre om forekomst af hjernekræft er forekomsten af glioblastom, den værste form for hjernekræft, steget i forskellige lande, bl.a. i USA og Danmark. I Australien er hyppigheden af hjernekræft steget for nylig. Disse resultater er baseret på data fra den enkelte nations kræftregistre om forekomst af hjernekræft.
Foto fra forskningsprojektet.
Kommentar til forskningsprojektet
Forskningsprojektet forsøger at tage højde den faktiske måde vores krop og hoved er bygget op på, hvad den aktuelle model eller test dummy, der benævnes ‘SAM’ (Specific Anthropomorphic Mannequin) ikke gør. SAM er baseret på en ca. 100 kg. stor og næsten 190 cm høj voksen mandlig model, hvor størrelsen på hovedet kun er relevant for 3% af befolkningen, og absolut ikke gælder for børn. Men SAR tankegangen forholder sig kun til opvarmning og ikke til de biologiske processer, der følger af at et hoved – eller en krop – udsættes for modulerede og pulserede stråler. Artiklen “Hvordan skader elektrosmog” forklarer nogle af de mange mekanismer der spiller ind og giver biologiske effekter selv ved meget lave frekvenser.
Lektor, cand.scient. Sianette Kwee gav under en høring i Folketinget d. 10 marts 2004 bl.a. denne kommentar:
“Den nuværende sikkerhedsgrænse er baseret på forældede principper og alt for højt. Den blev udviklet af ingeniører og fysikere ud fra beregningerne på teoretiske modeller og ikke på levende mennesker. Ingeniørens sikkerhedsgrænse: Modellen er en pose med vand, sukker, salt, mm. Man beregner hvor meget stråling der skal til for at varme denne suppe 1 grad op. Her sætter man grænsen, og for en sikkerheds skyld sætter man grænseværdien 10 gange lavere.
Fejl: mennesket er ikke en rund pose med suppe – modellen er død – mobiltelefonen virker ikke som en mikrobølgeovn.
Ingeniører og fysikere kender meget til elektronik og elektromagnetisme, men ikke til biologi. Biologens sikkerhedsgrænse: Biologer laver forsøg på levende dyr og mennesker, hvor hjernebølgerne fungerer. Tabel 2 (Se link herunder) foreslår hvor, ifølge Forsigtighedsprincippet, sikkerhedsgrænsen burde ligge: nemlig der hvor der sker biologiske ændringer, dvs. mange tusinde gange under ingeniørens grænseværdi.”
Forskningsprojektet har forsøgt at gøre modellen mere realistisk, og dermed dokumenteret Sianette Kwee’s udsagn, men modellen tager ikke hensyn til den faktiske modulerede og pulserende stråling og deres påvirkning på levende biologiske celler og de processder de indgår i.
Forskningsprojektet
Amol Sonawane og Dattatraya Bormane, begge fra Electronics Engineering Department, AISSMS, Indien: 4G-baseret SAR-analyse for en anatomisk baseret model af et menneske hoved ved brug af mobiltelefonantenne. Udgivet på ‘Multidisciplinary Science Journal’, den 19. oktober 2023.
https://www.researchgate.net/publication/375362795_4G_based_SAR_analysis_for_anatomically_based_human_head_model_using_mobile_phone_antenna
doi:10.31893/multiscience.2024053.
Abstrakt
Mobiltelefoner, der bruges af enkeltpersoner i alle aldre, er blevet mere og mere populær som en trådløs kommunikationsenhed. Hver mobiltelefon producerer elektromagnetisk stråling ved radiofrekvenser (RF). Den specifikke absorptionshastighed bruges til at beregne, hvor meget af denne energi, der absorberes af det menneskelige kranium. Standardretningslinjer angiver, at de telefoner der sælges, skal ligge under en specificeret SAR. Dette dokument har til formål at evaluere den specifikke absorptionshastighed (SAR) og E-feltstyrken for eksponering af mobiltelefonstråling på en model af et hoved, for en person på 40 år og et 5-årigt barn. Det menneskelige kranium er i denne model repræsenteret som en sfære i seks lag, der består af hjernen, CSF (cerebrospinalvæsken), dura (den hårde hjernehinde), knogle, fedt og hud. De forskellige lag af hovedets SAR-fordeling er blevet målt som påvirkning af strålingseksponering fra en mobiltelefon ved brug af 1800 MHz-frekvensen. Tidligere forskning blev brugt til at overveje de dielektriske egenskaber af vævslag. Det menneskelige hoved og mobiltelefonantennen er modelleret i denne forskning ved hjælp af ANSYS HFSS. En håndholdt mobiltelefons dipolantennetype er valgt til RF-eksponering. Det vises hvordan EM absorberes i forskellige vævslag i både voksnes såvel som i børne hoveder. SAR-sammenligninger mellem voksen- og børnehovedet afslører, at barnehovedet absorberer større energi på grund af de to hoved modellers karakteristiske lagvise hovedform, ledningsevne, permittivitet (et stofs evne til at lagre elektrisk energi i et elektrisk felt) og permeabilitet. Overdreven EM-absorption kan have negative fysiologiske implikationer for menneskers sundhed, specielt indvirkning på børns fysiske og mentale sundhed.
Uddrag
1. Introduktion
Nogle undersøgelser har undersøgt de negative biologiske virkninger på menneskers sundhed som følge af de potentielle virkninger af elektromagnetiske (EM) felter på menneskeligt væv og kropsdele. Der er sikkerhedsmæssige betænkeligheder med hensyn til effekten af mobilantennen ved hovedet, når mobiltelefoner bruges til trådløs kommunikation, der fungerer i nærheden af det menneskelige hoved. En antennes funktioner, såsom strålingsmønsteret, påvirkes af brugerens krop, især hovedet. Et internt EM-felt dannes i et biologisk system, når det udsættes for mikrobølgestråling. Mere end halvdelen af antennens udsendte effekt absorberes efter sigende af kraniets væv ifølge eksperimentelle undersøgelser (Sonawane og Bormane 2020; Means og Chan 2001).
Den hastighed, hvormed RF-energi absorberes af kroppen, når den udsættes for et elektromagnetisk felt, måles som den specifikke absorptionshastighed. Absorptionshastigheden og hvordan den er fordelt i en organisme afhænger af en række variabler, herunder antennens form, afstand fra kilden, geometri og orientering, samt den dielektriske sammensætning af det bestrålede væv (dvs. dets kapacitet til at lede elektricitet) (Arima og Uno 2012). For eksempel absorberer knogler mindre energi end muskler, fordi de indeholder mindre vand. Derudover er alderen og mængden af SAR der skabes i kraniet kendt for at være relateret (Abdalla og Teoh 2005). Forskere ser på virkningerne af disse væv efter intens stråling fra trådløse enheder, specielt mobiltelefoner rettet mod hovedet, den mest sårbare del af den menneskelige krop. De elektriske parametre for modelvævene ved forskellige frekvenser blev overvejet (Fernandez-Rodriguez et al. 2015).
Der er adskillige måder at evaluere SAR på, herunder to velkendte metoder: enten kan fysiske målinger eller simuleringsberegningsmålinger bruges til at vurdere den elektromagnetiske interaktion mellem en mobiltelefon og en menneskekrop.
I den førnævnte undersøgelse producerer High Frequency Structure Simulator-softwaresimuleringen, som bruger Finite Difference Time Domain-tilgangen, en SAR for et sfærisk menneske hoved. En seks-lags hoved model bestående af hjernen, CSF, dura, knogle, fedt og hud bruges til at vise, hvordan hovedet påvirkes af antennens strålingsfunktion. For et 5-årigt barnehoved og et 40-årigt voksenhoved blev SAR evalueret ved hjælp af en HFSS-baseret HW-dipolantenne, og en menneskelige simuleret model af hovedet blev brugt til at udføre analysen. En seks-lags model af det menneskelige kranium blev skabt ved hjælp af HFSS-software, og HW-dipol-antennerne blev placeret 5 mm fra hinanden. Ved 1800 MHz blev to scenarier simuleret, det ene ved hjælp af et seks-lags barnehoved med en dipolantenne og det andet med et seks-lags voksenhoved med en dipolantenne. Resultaterne afslørede, at hovedets gennemsnitlige SAR-værdier på 10 g var højere end ICNIRP-sikkerhedskravene (ICNIRP 1998; Means og Chan 2001). Standard SAR-værdierne målt i ekstremiteter og andet væv, såsom hjernen, er vist i tabel 1.
De gennemsnitlige SAR-værdier for hovederne for voksne og børn afslører, at SAR er højere hos børn, fordi deres hoveder er mindre og har andre elektriske egenskaber end hoveder for voksne. Figur 1 viser fysiske og simulationsbaserede SAR-vurderingsmetoder.
5. Resultater og diskussion
Biologisk væv udviser en dispersiv tilbøjelighed og absorberer strøm, når det udsættes for elektromagnetisk stråling. Ydermere har effektniveauer ofte en tendens til at forværre vævsskade (Davison og Zamah 2009; Bormane et al 2022). På grund af den høje vævspermittivitet absorberer EM-bølgen mere energi, når den når vævslaget ved højere frekvenser, hvilket får vævet til at varme op (Wongkasem 2021). I virkeligheden opfører forskellige biologiske væv sig som dielektriske materialer med tab og har en frekvensafhængig dielektrisk konstant (Rashed et al 2020). Under adiabatiske forhold kan vævsopvarmning tæt på hudens overflade være betydelig, hvorimod temperaturstigningen i indre kropsvæv er mindre mærkbar (Christ et al 2006; Sonawane og Bormane 2022). Tabel 4 og 5 viser E-feltstyrken og SAR-værdierne for seks-lags hoveder for voksne og børn.
Dette afsnit analyserer resultaterne af E-feltmålinger i tabel 3 og SAR-målinger i tabel 4 taget med en dipol ved brug af en voksen- og børnehovedmodel for seks lag. De geometriske specifikationer og materialets dielektriske egenskaber for et voksenhoved er forskellige fra dem for et barns hoved. Et menneskekranium blev udsat for EM produceret af en mobiltelefon (dipolantenne) med en afstand på 5 mm mellem den og den elektromagnetiske kilde. Frekvensbåndet på 1800 MHz var angivet i antennemodellens design. Efter undersøgelse er en voksen hovedmodels maksimale E-felt- og SAR-værdier henholdsvis 7,7925 x 10-1 volt per meter og 4,85 x 100 watt per kilogram. I modsætning hertil er de maksimale E-felt- og SAR-værdier for en model af et barnehoved 1,80 x 10+2 volt pr. meter og 6,11 x 100 watt pr. kilogram, som vist i tabel 3 og tabel 4. Figur 22 viser E-felt-variansen i væv, og figur 23 sammenligner SAR-værdierne i hoveder af voksne og børn.
Hudlaget, som er tættest på EM-strålingskilden, har den højeste e-felt og SAR værdi. I både hoved modellerne for voksne og børn viser figur 22, at EM-absorptionen falder støt, efterhånden som afstanden mellem EM-kilden og vævslaget stiger, fra hudlaget til hjernelaget. Til sammenligning har barnehovedmodellen en større SAR end voksen hovedmodellen, som vist i figur 23. Derudover har knoglelaget væsentligt mindre vandindhold end andre lag, og vi fandt den laveste SAR der. Hjernelaget, som er det dybeste lag, ser ud til at have den næsthøjeste SAR-værdi. SAR-ændringer i seks lag af både børne- og voksenhoveder som følge af lag-for-lag variationer i ledningsevne, permeabilitet, permittivitet og e-feltstyrke.
6. Konklusioner
I den seks-lags (hjerne, CSF, dura, knogle, fedt og hud) aldersafhængige hovedmodeller for voksne og børn, er EM-feltenheder, især mobile celleantenner og hovedkontakt, blevet undersøgt. Dette arbejde giver imidlertid større opmærksomhed på FDTD-metodens aldersafhængig SAR-værdimålingstilgang i 40-årige voksnes og 5-årige børns hoveder. Der har været en række tidligere undersøgelser, der kan have fundet anatomiske forskelle mellem voksne og børn. Skaleringen af voksne hovedmodeller vil altid resultere i visse anatomiske varianser og følsomhed over for EM-absorption på grund af ændringer i anatomi og vævsforhold.
På grund af variationer i pinnas tykkelse (det ydre øre) og kranieknoglens tykkelse, hovedgeometri, ledningsevne, permittivitet og den lagvise permeabilitet, er den lokale SAR blevet estimeret i begge scenarier og indikerer højere SAR i et barns hoved end en voksens hoved. Afhængigt af om tykkelsen af kraniet og det omgivende væv reelt ændrer sig med alderen, kan der forventes en højere SAR i hjernen hos børn. Derudover overstiger SAR-værdien målt for både voksne og børns hoveder den normale SAR-maksimumværdi, der er fastsat af organisationer som IEEE, ICNIRP og FCC (Means og Chan 2001; Sonawane og Bormane 2022). Ifølge tidligere forskning øger brug af en mobiltelefon chancen for at udvikle hjernekræft. Det er et løbende spørgsmål. Forekomsten af glioblastom, den værste form for hjernekræft, er steget i forskellige lande, såsom USA og Danmark (Gabriel og Peyman 2018). I Australien er hyppigheden af hjernekræft steget for nylig. Disse resultater er baseret på data fra den enkelte nations kræftregistre om forekomst af hjernekræft.
I denne undersøgelse falder styrken af e-feltabsorption i det menneskelige hoved med en stigning i afstanden mellem EM-radiatoren og hovedet. Derfor kan det at holde en sikker afstand fra en mobilenhed reducere risikoen for en sygdomspåvirkning på den menneskelige krop/hoved. Hvis den højeste SAR er på eller under eksponeringsniveauet på 1,6 W/kg i USA, er telefonen godkendt til salg uden hensyntagen til SAM-certificeringsprocessens 30 % tolerance. Vores forskning fandt dog en større værdi end den fastsatte grænseværdi. Derfor skal sikkerhedsbegrænsningerne for SAR for RF-eksponering evalueres omhyggeligt for overensstemmelse med trådløse enheder, der kan bæres på kroppen eller bæres i hånden. De relevante standarder skal ændres for at tage højde for virkningerne af elektromagnetisk feltkobling med lagdelt hjernevæv. SAR-evalueringsresultaterne for de to hovedmodeller kan tyde på, at der bør søges yderligere standard SAR-værdier.
7. Fremtidigt omfang
På grund af fundet af en højere værdi af SAR i hovedet på et barn, er der behov for en sikker løsning til effektivt design og vurdering af EM-skjolde til mobiltelefoner. I den anførte undersøgelse er analysen af hoved-SAR blevet rapporteret, men krops-SAR skal undersøges for at bestemme alvoren af mobiltelefonens effekt på den menneskelige krop.
Open access paper: https://malque.pub/ojs/index.php/msj/article/view/1288
Referencer
Abdalla A, Teoh A (2005) A multi layered model of human head irradiated by electromagnetic plane wave of 100 MHz-300 GHz. Int. J. Sci. Res. 15:1-7.
Arima T, Uno T (2012) Whole body SAR measurement technique by using Wheeler cap method for human head size phantom. In 2012 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), pp. 700–703.
Bao JZ, Lu ST, Hurt WD (1997) Complex dielectric measurements and analysis of brain tissues in the radio and microwave frequencies. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 45:1730–1741. DOI: 10.1109/22.641720.
Bormane DS, Kakkeri RB, Kakkeri RB (2022) Surface electromyography signal classification for the detection of temporomandibular joint disorder using spectral mapping method. International Journal of Advanced Computer Science and Applications 13. DOI: 10.14569/IJACSA.2022.0130860.
Christ A, Klingenbock A, Samaras T, Goiceanu C, Kuster N (2006) The dependence of electromagnetic far-field absorption on body tissue composition in the frequency range from 300 MHz to 6 GHz. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 54:2188–2195. DOI: 10.1109/TMTT.2006.872789.
Davison JM, Zamah NM (2009) Electrosurgery: Principles, biologic effects and results in female reproductive surgery. The Global Library of Women’s Medicine. DOI: 10.3843/GLOWM.10021.
Fernandez-Rodriguez CE, De Salles AAA, Davis DL (2015) Dosimetric simulations of brain absorption of mobile phone radiation–the relationship between pssar and age. IEEE Access 3:2425–2430. DOI:10.1109/ACCESS.2015.2502900.
Gabriel C, Peyman A (2006) Dielectric measurement: Error analysis and assessment of uncertainty. Physics in Medicine and Biology 51:6033–6046. DOI:10.1088/0031-9155/51/23/006.
Gabriel C, Peyman A (2018) Dielectric properties of biological tissues; variation with age. In Conn’s Handbook of Models for Human Aging 939–952. DOI:10.1016/B978-0-12-811353-0.00069-5.
Hadjem A, Conil E, Gati A, Wong MF, Wiart J (2010) Analysis of power absorbed by children’s head as a result of new usages of mobile phone. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility 52:812–819. DOI: 10.1109/TEMC.2010.2052810.
International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) (1998) Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 GHz). International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection 74:494–522.
Means D, Chan K (2001) Evaluating Compliance with FCC Guidelines for Human Exposure to Radiofrequency Electromagnetic Fields. Federal Communications Commission Office of Engineering & Technology.
Available in: https://transition.fcc.gov/Bureaus/Engineering_Technology/Documents/bulletins/oet65/
oet65c.pdf Accessed on: August 2, 2023.
Rashed EA, Diao Y, Hirata A (2020) Learning-based estimation of dielectric properties and tissue density in head models for personalized radio-frequency dosimetry. Physics in Medicine & Biology 65:065001. DOI: 10.1088/1361-6560/ab7308.
Sonawane A, Bormane DS (2022) SAR analysis using a dipole antenna in a non-layered and multi-layered human head model. International Journal on Recent and Innovation Trends in Computing and Communication 10:225–231. DOI: 10.17762/ijritcc.v10i1s.5829.
Sonawane AD, Bormane DS (2020) A specific absorption rate in human head due to mobile phone radiations: Review. International Conference on Electronics and Sustainable Communication Systems (ICESC) 703–707. DOI: 10.1109/ICESC48915.2020.9155777.
Wongkasem N (2021) Electromagnetic pollution alert: Microwave radiation and absorption in human organs and tissues. Electromagnetic Biology and Medicine 40:236–253. DOI: 10.1080/15368378.2021.1874976
Læs mere her:
