Первые блочные модели (середина 80-х) были ориентированы на моделирование воздействия ЭМИ на все тело человека, в настоящее время они широко используются для расчетов поглощенной мощности излучения сотовых телефонов [2, 12, 47, 48, 49, 50, 51].
Область применения. Диапазон частот для блочных моделей достаточно широк ─ от 20,0 МГц до 1,8 ГГц в зависимости от биообъекта.
Описание модели. Основной идеей блочной модели является максимальное приближение к анатомии реального человека. При построение блочных моделей исследуемый биообъект разбивается на определенное количество блоков, чаще всего кубических, внутри которых характеристики ткани и напряженность поля принимаются постоянными.
Количество и размер блоков модели, а соответственно и анатомическая точность модели в большой степени зависят от возможностей компьютера. Количество блоков в современных трехмерных блочных моделях всего человека составляет несколько сотен тысяч. В этих моделях учитываются почти все внутренние органы и детально рассмотрены конечности человека. Блочные модели всего тела используются, прежде всего, для построения трехмерных изолиний SAR, и расчета SAR для внутренних органов [12, 51] .
Развитие сотовой телефонии дало новый импульс для развития и совершенствования блочных моделей головы и руки. Рассчитанные значения SAR в некоторых странах являются основой для установления границ приемлемой выходной мощности сотовых телефонов.
Современные блочные модели головы являются анатомически реалистичными и воспроизводят мельчайшие особенности не только внутренних структур головы, но и характерные черты лица, уха. Размер элементарных блоков этих моделей редко превышает 3 мм, а число дифференцируемых тканей равняется минимум семи (кожа, жировая ткань, мышцы, кость, хрящ, мозг, ткани глаза). Кроме того, эти модели учитывают реальную ориентацию антенны мобильного телефона.
В современных моделях изменились задачи исследования. Если в моделях 80-х годов основное внимание уделялось отысканию резонансных частот (максимумов поглощения, локализации «горячих точек») для конкретной модели безотносительно источника, то современные математические модели ориентированы на расчет поглощенной мощности от конкретного источника, что связано увеличением распространенности среди населения источников ЭМИ низкой интенсивности (бытовой техники, сотовых телефонов и т.д).
В результате поглощения мощности ЭМИ биологическим материалом наблюдается нагрев и увеличение температуры. Значительные температурные изменения (более, чем на 3оС) могут привести к разрушению белковых молекул. Но и небольшие изменения важны, поскольку они изменяют транспортные свойства мембран и влияют на скорости химических реакций. Покажем это на примере типичной реакции денатурации. Она может быть описана уравнением:
(6.7)
где S ─ концентрация вещества, K ─ константа скорости реакции, зависящая от температуры следующим образом:
(6.8)
где k ─ постоянная Больцмана, h ─ постоянная Планка, S ─ энтропия, H ─ свободная энергия, R ─ газовая постоянная. Для яичного альбумина, например, при изменении температуры на 0,1оС получим около 7% изменения скорости химической денатурации. Следовательно, даже небольшие изменения температуры могут вызвать существенный биохимический отклик системы.
Расчет температурных полей представляет сложную проблему, поскольку механизм терморегуляции и теплофизические свойства биологических тканей трудно поддаются формальному описанию. В общем случае процесс может быть описан нелинейным уравнением теплопроводности с граничными условиями, выражающими равенство температур и баланс потоков мощности на границах слоев [52]:
,
(6.9)
где Тs ─ температура в каждом слое, С ─ удельная теплоемкость, 
─
плотность ткани, Q(z) ─ поглощенная мощность, определяемая SAR, 
–
постоянная времени нагрева, 
─
мощность, рассеиваемая проводимостью, конвекцией, излучением.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.