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Untersuchung der SAR-Verteilung in elektromagnetisch exponierten Versuchstieren

Thema

Untersuchung der SAR-Verteilung in elektromagnetisch exponierten Versuchstieren

Beginn

15.12.1999

Ende

31.12.2002

Projektleitung

Institut für Integrierte Systeme an der ETH Zürich

Zielsetzung

Mit Hilfe numerischer Methoden sollte die Verteilung der spezifischen Absorptionsrate (SAR) im Körper von exponierten Versuchstieren ermittelt werden. Zum Vergleich war auch eine möglichst hoch aufgelöste, räumliche SAR-Verteilung im menschlichen Körper zu ermitteln. Dabei sollten fernfeldähnliche Expositionsbedingungen zugrundegelegt werden, wie sie heute in gebräuchlichen Expositionskammern bzw. TEM-Zellen auftreten. Die Modelle sollten räumlich möglichst fein aufgelöst, z.B. durch Kernspinaufnahmen, erstellt werden. Die Minimalforderung für die Tiermodelle war eine Auflösung vom 1 mm3. Primär sollten technisch weitverbreitete Frequenzen bei unterschiedlicher Orientierung der Modelle im Feld untersucht werden. Vorgegeben waren die Frequenzen 450 MHz, 900 MHz, 1,8 GHz und 5 GHz. Das Projekt war in drei Arbeitspakete unterteilt. Im ersten Block sollten die für eine numerische Betrachtung erforderlichen Rechnermodelle für die Versuchstiere (Ratte und Maus) und den Menschen erstellt werden. Dazu sind Daten über die interne Körperstruktur zu erheben und mit den für das jeweilige Gewebe typischen dielektrischen Parametern zu verknüpfen. Im zweiten Arbeitspaket sollten diese Modelle mit den derzeit angewandten technischen Feldern exponiert werden und die dabei im Körper auftretenden SAR-Werte numerisch bestimmt werden. Im dritten Arbeitspaket sollten am Beispiel eines Tiermodells ein Vergleich zwischen den Ergebnissen der Simulation und den Messungen am Modell gezogen werden.

Ergebnisse

Es konnte ein verbessertes Verfahren zur Erstellung von Voxelmodellen entwickelt werden (ein Voxel kann man sich als kleinen homogenen Würfel vorstellen. Ein Voxelmodell bildet danach einen realen Körper durch kleine Würfel nach). Die erstellten Voxelmodelle erreichten eine sehr hohe Auflösung von ca. 0,06 mm3 für die Maus, 0,2 mm3 für die Ratte und 8 mm3 für den Menschen. Dies sind die bislang höchsten erzielten Auflösungen bei Tiermodellen. In den erstellten Voxelmodellen wurden über 100 Organ- bzw. Gewebearten unterschieden. Damit konnten sehr realitätsnahe Rechenmodelle geschaffen werden. Die Anwendung dieser Rechenmodelle erbrachten quantitative Ergebnisse der zu erwartenden SAR-Verteilung in Versuchstieren in Abhängigkeit von den Parametern des applizierten elektromagnetischen Feldes. Neben den über den Gesamtkörper gemittelten SAR-Werten wurden auch lokale organspezifische SAR-Werte ermittelt und tabellarisch dargestellt. Es konnten auch die Grenzen der numerischen Simulation aufgezeigt werden, die hauptsächlich durch die Auflösung der Modelle und damit durch Speicher- und Rechenkapazitäten bestimmt werden. Dies hat z.B. dazu geführt, dass eine SAR-Verteilung im Humanmodell bei 5 GHz im Rahmen dieses Projektes nicht mehr sinnvoll durchgeführt werden konnte. Die Verifizierung der Berechnungen im Vergleich zu Messungen anhand simpler Modelle (flüssigkeitsgefüllte Hohlkörper) zeigt eine Übereinstimmung von besser als 30%. Der Vergleich der Modellrechnung mit der Messung an einem Tierkadaver hingegen zeigt Abweichungen von mehr als einem Faktor 2. Ein Vergleich der Ergebnisse mit anderen Modellrechnungen zeigt eine gute Übereinstimmung bei Verwendung von Voxelmodellen bezogen auf die Mittelung über den Gesamtkörper. Vergleicht man die Ergebnisse mit den bisher üblichen homogenen elypsoiden Modellen, so ergeben sich Abweichungen bis zum Faktor 2.

Der Abschlussbericht mit einer gegenüber der Originalfassung reduzierten Bildauflösung liegt zum Download als PDF-Datei (3506 kB) vor.

Fazit

Die Ergebnisse liefern einen wichtigen Beitrag bei der Bewertung der Dosimetrie im Zusammenhang mit Strahlenschutzfragen. Wesentliche Einflussparameter auf die Variation der Ergebnisse werden dargestellt und die Genauigkeitsschranken aufgezeigt. Die Ergebnisse sind von besonderer Bedeutung für die zukünftige Durchführung von Tierversuchen. Sie geben wesentliche Hinweise auf die zu berücksichtigenden dosimetrischen Randbedingungen, abhängig von den untersuchten Endpunkten und dem Tiermodell. Sie zeigen auch Unterschiede im Absorptionsverhalten zum Menschen auf, die bei der Übertragung der Ergebnisse auf den Menschen berücksichtigt werden müssen. Die Ergebnisse werden im Rahmen des Deutschen Mobilfunk Forschungsprogramms bei dosimetrischen Überlegungen und Entscheidungen berücksichtigt.

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