So sánh tỉ lệ hấp thụ đặc trưng trong mô hình người ảo SAM và các mô hình đầu trẻ em ở 835 và 1900 mhz

Nội dung Nội dung 1 I.Giới thiệu 3 II.Các mô hình và các vị trí kiểm tra 4 A.Các mô hình đầu: 4 B.Mô hình điện thoại 7 C.Các vị trí kiểm tra .8 III.Kết quả và thảo luận 10 A.Đặc tính điện môi của các mô và hình thái bên trong của mô hình giải phẫu đầu .10 B.Đỉnh không gian 10-g SAR 14 IV. KẾT LUẬN 17 GHI NHẬN .18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 So sánh Tỉ lệ hấp thụ đặc trưng trong mô hình người ảo SAM và các mô hình đầu trẻ em ở 835 và 1900 Mhz Ae-Kyoung Lee, thành viên của IEEE và Jeahoon Yun Tóm lược: Tỉ lệ hấp thụ đặc trưng (SARs) ở trẻ em Hàn Quốc 7 tuổi và các mô hình trẻ em 5 và 9 tuổi ở Châu Âu được đánh giá và so sánh với các mô hình người ảo đặc trưng (SAM) ở khía cạnh phơi nhiễm điện thoại di động tại 835 và 1900 Mhz. Sự nén ở loa tai cũng được xem xét ở các mô hình trẻ em 5 và 7 tuổi trong suốt quá trình đánh giá. Độ nghiêng và vị trí má tìm thấy khi tai của điện thoại di động được đặt ở cổng vào tai (EEC) được phân tích dựa trên cùng vị trí tìm thấy đặt ở điểm tham chiếu của tai (ERP). Các giá trị SAR được xem xét với các loại da và chất béo khác nhau, cũng như là cho các hình thái cơ và chất béo bên trong khác nhau trong vùng mô gần điện thoại. 1 mô hình cơ bản của điện thoại di độngvới 1 ăng-ten đơn cực được dùng cho các tính toán SAR tại mỗi tần số. 1 mô hình điện thoại với 1 ăng-ten F đảo, phẳng cũng được dùng để đánh giá khi các kết quả SAR trong các mô hình trẻ cao hơn trong mô hình người ảo SAM ở 1900 Mhz. Các giá trị SAR đỉnh không gian 10-g trong tất cả các mô bao gồm loa tai và đầu được chuẩn hóa với công suất 1 W ở điểm cung cấp của điện thoại. Các kết quả có thể được tổng kết như sau. Đầu tiên, 1 cái loa tai bị nén không thể chỉ ra sự thay đổi đáng kể nào trong các giá trị SAR ở 835 Mhz; tuy nhiên, tại 1900 Mhz, vẫn có trung bình 25% tăng lên trong đỉnh không gian 10-g SAR cho loa tai trừ các mô và 29% tăng lên cho loa tai bao gồm các mô. Thứ 2, tai điện thoại di động được đặt tại EEC cung cấp SAR cao hơn so với đặt tại ERP. Thứ 3, đỉnh 10-g SAR được tìm thấy rất nhạy với chất béo và cấu trúc cơ dưới da khi được chạm bởi điện thoại di động;1 cơ trội trong cấu trúc đầu dẫn đến 1 đỉnh 10-g SAR cao hơn. Cuối cùng, Mô hình người ảo SAM dường như không ước lượng được sự phơi nhiễm của đầu trẻ tại 1900 Mhz; 45% (gồm loa tai: IEEE Std C95.1) và 75% (gồm loa tai: các hướng dẫn ICNIRP) của tổng số 40 trường hợp chúng tôi xem xét cho kết quả SAR cao hơn so với mô hình SAM. Danh mục thuật ngữ: Vị trí má và độ nghiêng, trẻ nhỏ, loa tai nén, đường vào tai (EEC), điểm tham chiếu (ERP), điện thoại di động, tỉ lệ hấp thụ đặc trưng (SAR), mô hình người ảo (SAM), công nghệ miền thời gian giới hạn khác biệt. I. Giới thiệu Để đo lường sự tuân thủ với các giới hạn an toàn vấn đề phơi nhiễm điện từ ở con người, điện thoại di động được kiểm tra sử dụng mô hình người ảo SAM được quy định ở các chuẩn IEEE và IEC [1],[2] và đưa ra các đánh giá thận trọng ở đỉnh không gian trung bình tỉ lệ thấp thụ đặc trưng (SAR) được kiểm tra ở điện thoại di động. Mô hình SAM được thiết kế với hình dạng và chất liệu cần thiết để cung cấp 1 sự đánh giá thận trọng của đỉnh không gian trung bình SAR tìm thấy trong mô ở đầu của 1 số lượng người lớn, từ người trưởng thành đến trẻ nhỏ trong khi dùng điện thoại di động. Do đó, dái tai của mô hình SAM được lựa chọn rất mỏng so với ở 1 người lớn bình thường, mặc dù hầu hết các kích thước khác đều lấy từ dữ liệu đầu người đàn ông tỉ lệ 90% được cung cấp bởi quân đội Mỹ [1]-[4]. Các thành phần khác ảnh hưởng đến các kết quả SAR là các thuộc tính điện môi của vật liệu người ảo sử dụng. Các chỉ số điện môi đang sử dụng của người ảo dùng trong các thí nghiệm SAR của điện thoại di động được lấy trong [5].Dựa trên sự cấu thành các lớp mô tốt nhất cho việc hấp thụ sóng phẳng, các tham số điện môi tương đương với các mô ở đầu được lấy cho mô hình đồng nhất. Từ khi các chuẩn ở [1] và [2] lần đầu được công bố, có rất nhiều các nỗ lực đóng góp vào nền tảng kiến thức về vấn đề hấp thụ năng lượng điện từ trong đầu con người. Tuy nhiên, có rất ít các nghiên cứu xác nhận tính bảo toàn tự nhiên của mô hình SAM qua các so sánh giữa các giá trị SAR đỉnh không gian trung bình với các mô hình giải phẫu của đầu người, đặc biệt là ở trẻ nhỏ. Tuy nhiên, 2 công bố gần đây [6] và [7] chỉ ra rằng mô hình SAM cung cấp 1 ước lượng thận trọng trong các mô hình giải phẫu của đầu trẻ nhỏ và người trưởng thành. Trong [6], SARs được tính toán trong mô hình SAM, cũng như trong mô hình đầu người lớn và trẻ nhỏ, được phân tích thống kê trong rất nhiều các phòng thí nghiệm. Mục đích chính của nghiên cứu trong [7] sử dụng 1 mô hình SAM và các mô hình đầu 14 để xác định vị trí của điện thoại di động khi đặt gần các mô hình đầu. Điểm tham chiếu tai (ERP) ở 1 mô hình giải phẫu được xác định trong tỉ lệ với khoảng cách giữa cổng vào tai (EEC) và miệng trên cơ sở 1 đường gấp khúc 15mm giữa ERP và EEC của mô hình SAM. Do đó, khoảng cách giữa ERP và EEC trong hầu hết các mô hình giải phẫu đều nhỏ hơn 15mm, vì kích thước đầu người thường nhỏ hơn so với mô hình SAM. Trong tài liệu này, 3 mô hình đầu trẻ nhỏ thực tế và mô hình SAM được dùng để nghiên cứu liệu mô hình SAM có cung cấp các kết quả SAR bảo toàn cho việc hấp thụ của đầu trẻ với điện thoại di động hoạt động ở 835 và 1900 Mhz. Với các vị trí kiểm tra được dùng, tai điện thoại được đặt ở EEC, cũng như ở các điểm chuẩn của mô hình SAM, ví dụ tai đặt tại ERP cũng được quan tâm như tại 1 vị trí thông thường. Chúng tôi cũng phân tích các giá trị trong đỉnh không gian SAR vì 1 loa tai bị nén, cũng như là các thuộc tính điện môi khác nhau của da và chất béo, đồng thời là các hình thái bên trong khác nhau của các mô hình giải phẫu BẢNG 1 CÁC KÍCH THƯỚC MÔ HÌNH ĐẦU Đơn vị (mm) EU _5y KR _7y EU _9y SAM Chiều cao đầu 188 210 -* 240 Chiều dài đầu 170 170 185 213 Chiều rộng đầu 126 148 147 162 Chiều dài mặt 102 96 -* 116 Khoảng nhô ra của tai 10 19 10 8 Mô hình 3 chiều của 1 đứa trẻ Hàn Quốc được phát triển 1 vài năm trước dựa trên các bức ảnh cộng hưởng từ của 1 trẻ tình nguyện 7 tuổi, và các tỉ lệ cơ thể được điều chỉnh tới các giá trị tỉ lệ 50% của nam giới Hàn Quốc 7 tuổi [8]. Trong nghiên cứu, chúng tôi sử dụng đầu từ mô hình trẻ nhỏ này cùng với các mô hình đầu của 2 trẻ châu Âu, 5 và 9 tuổi [9]. Kích thước đầu và dái tai của tất cả các mô hình trong nghiên cứu này đều được so sánh trong phần 2. Theo như trong bảng, các mô hình đầu người châu Âu có dái tai rất mỏng. Kĩ thuật giới hạn khác biệt miền thời gian (FDTD) cũng được dùng sử dụng 16- nhánh 1 cách hoàn hảo theo các lớp điều kiện biên để xác định miền tính toán. Kích thước 3 chiều 1 x 1 x 1 mm 3 cũng được dùng nhất quán trong tất cả các trường hợp. II. Các mô hình và các vị trí kiểm tra A. Các mô hình đầu: Hình 1. Khoảng nhô ra của tai ở các mô hình đầu BẢNG II CÁC MÔ TRONG MÔ HÌNH ĐẦU Đơn vị: thể tích % Tissue EU _5y KR _7y EU _9y SAM Máu 0.82 0.17 0.54 - Tủy xương 0.77 - 0.66 - Thân não* - 0.87 - - Sụn - 0.26 - - Não - 5.09 - - Xương đặc 16.0 12.8 13.0 - CSF 1.69 2.92 4.96 - Mắt (màng cứng mắt) 0.38 0.14 0.27 - Chất béo 11.5 17.8 9.50 - Chất xám 29.0 28.1 24.0 - Thấu kính - 0.002 - - Cơ 22.9 11.2 22.5 - Thần kinh - 0.19 - - Da 6.43 5.20 9.52 - Lưỡi - 0.68 - - Răng - - 1.14 - Khí quản - 0.01 - - Dịch thủy tinh - 0.29 - - Chất trắng 10.5 14.2 13.9 - Chất lỏng (tương đương ở đầu) - - - 91.7 Vỏ ảo - - - 8.3 Tổng 100 100 100 100 Kích thước đầu của 1 đứa trẻ Hàn Quốc 7 tuổi (KR_7y) rất gần với tiêu chuẩn (với kích thước dưới 50%) [8]. Bảng 1 so sánh kích thước đầu của và phần nhô ra của tai của các mô hình trẻ em châu Âu 5 (EU_ 5y ) và 9 tuổi (EU_ 9y ) với KR_ 7y và mô hình SAM. Kích thước điểm ảnh ba chiều của tất cả các mô hình được điều chỉnh là 1x1x1 mm 3 Hình 2. Các mô hình điện thoại di động. (a) Điện thoại _đơn cực (835 và 1900 Mhz). (b) Điện thoại _PIFA (1900) Như trình bày ở hình 1, vị trí lồi ra của mô hình SAM là tương đối nhỏ và mỏng hơn so với EU_ 5y . Cái này ở mỗi mô hình được đánh giá tại điểm có chiều cao trung bình của phần nhô ra bên phải. Vị trí lồi của tai của SAM thì lớn hơn ở các phần thấp hơn. Chiều dày của tai, 6mm theo chuẩn [6] được đo ở mặt phẳng tham chiếu hình 1. Các kích thước và tỉ lệ của các mô được phân chia trong mô hình trẻ em Hàn Quốc và Châu Âu là khác nhau, như trong hình 2. Loa tai của các mô hình người Châu Âu và Hàn quốc được tạo ra tương ứng bởi da và chất béo, da và sụn. Mô hình đầu người Hàn quốc có nhiều loại mô và khác biệt về tỉ lệ chất béo, cơ và máu so với mô hình người Châu Âu.Số lượng máu ở mỗi mô hình trẻ em thì ít hơn nhiều so với số lượng ở người trưởng thành, điều này là chắc chắn vì sự thật rằng không thể phân đoạn tất cả các mạch máu dưới độ phân giải của ảnh y tế. Tuy nhiên, sự khác biệt trong thể tích máu dường như không ảnh hưởng đến các kết quả SAR Tuy nhiên, cơ và các mô mỡ tạo nên phần lớn hơn của cấu trúc đầu như tai và trán có thể là các thành phần quan trọng trong đỉnh không gian SARs trong việc hấp thụ sóng điện thoại di động. Các mô mỡ dưới da ở mô hình người Hàn Quốc thì dày hơn so với người châu Âu. Theo ước lượng tỉ lệ SAR, các giá trị điện môi của cuống phổi KR_ 7y được xem như là các giá trị trung bình của trắng và đen B. Mô hình điện thoại Trong nghiên cứu, chúng tôi sử dụng các mô hình điện thoại di động với 2 loại ăng- ten khác nhau, như trong hình 2. Đầu tiên, 1 điện thoại di động với 1 ăng-ten đơn cực, chúng tôi gọi là Phone_ monopone được sử dụng. Chiều dài (L) của ăng-ten là 71mm ở 835MHz và 36mm ở 1900 MHz, và cấu trúc cùng vị trí của nó được xác định cùng với mô hình điện thoại thông thường sử dụng trong [6]. Các kết quả SAR cho các mô hình trẻ em hấp thụ Phone_ monopole tại 1900MHz cao hơn so với mô hình SAM ở rất nhiều các kết quả thử nghiệm. Khi mà các kết quả SAR dường như có thể phụ thuộc vào loại ăng-ten thì 1 điện thoại di động sử dụng ăng-ten F đảo phẳng (PIFA) hoạt động ở 1900MHz gọi là Phone_ PIFA được sử dụng. Để giảm kích thước ăng- ten, 1 tải điện dung được cấp bằng cách thêm vào 1 tấm phẳng song song với mặt đất. Hình 3. Vị trí đặt điện thoại ở tai Phone _PIFA có cùng kích thước và vị trí tai dùng trong Phone _monopole C. Các vị trí kiểm tra Trong IEEE Std 1528 [1] và IEC 62209-1 [2], ERP được định nghĩa trên bề mặt của mô hình SAM để xếp đặt 1 điện thoại di động trong các vị trí kiểm tra được quy định. ERP là 15mm theo chiều dài đường sau miệng đằng sau EEC bên trái hoặc bên phải. Tuy nhiên, lý do cơ bản cho khoảng cách 15mm giữa ERP và EEC là không rõ ràng, và chỉ được chấp nhận cho mô hình SAM. Vì vấn đề hấp thụ năng lượng RF trong loa tai và đầu có thể nhạy với vị trí của tai nghe, trong tài liệu này, chúng tôi xem xét vị trí đặt tai nghe ở cả ERP và EEC cho các vị trí má và độ nghiêng dưới giả thiết rằng điện thoại của người sử dụng gần như được đặt tại EEC trong quá trình sử dụng thông thường. Vị trí đặt tai nghe tại EEC thu được ngư là 1 vị trí sử dụng thông thường. Hình 3 chỉ ra các vị trí đặt ERP và EEC. Hình 4 chỉ ra quá trình thiết lập vị trí má và độ nghiêng của các mô hình giải phẫu, các góc quay thay đổi với mỗi mô hình. Các hình chỉ ra vị trí của tai nghe tại ECC, tương tự với các vị trí ERP. Bước 2 và 3 trình bày đường ngang của điện thoại song song với đường N-F. Bước 4 và 5 chỉ ra đường dọc của điện thoại khi giữ trong mặt phẳng tham chiếu, bao gồm đường M-B. Thêm vào đó, loa tai bị nén bởi điện thoại được xem xét cho EU 5y và KR 7y . Từ các vị trí má và độ nghiêng chỉ ra ở hình 4, sau khi quay điện thoại theo trục x hoặc z, như chỉ ra trong bước 1 và 2 của hình 5, mà phụ thuộc vào vị trí của loa tai, mô hình điện thoại sau đó được đẩy đi khoảng 1 vài mili mét theo loa tai hoặc/và vá. Việc quay này cho phép điện thoại được nén loa tai tự nhiên hơn và ít nén má hơn. Hình 5 đưa ra 1 ví dụ của 1 điện thoại nén KR 7y . Khi ảnh 3 chiều đầu người trong không gian ảo bị gối lên bởi việc chồng lấn đầu và các mạng lưới mô hình điện thoại, chúng tôi sắp lại các mạng kết hợp bằng cách di chuyển thủ công các mô hình đầu 3 chiều bị chồng lấn và khôi phục lại các mô hình điện thoại. Đặc biệt chú ý để duy trì cân nặng của loa tai. Loa tai trước và sau khi nén được so sánh trong hình 5 và chúng ta có thể thấy rằng bề mặt loa tai chạm bởi điện thoại phẳng hơn sau khi nén. Hình 4. Thiết lập các vị trí má và độ nghiêng. F: trước, B: sau, M: miệng, và N: cổ Bảng III chỉ ra khoảng cách điện thoại bị thay đổi, số lượng các hình 3 chiều bị chồng lên nhau và khối lượng loa tai trước và sau khi nén cho EU _5y và KR _7y . Khi mô hình đầu người Hàn Quốc có loa tai lồi lên nhiều hơn với không gian lớn hơn, chúng ta có thể thấy số lượng dịch lớn hơn và nhiều ảnh 3 chiều chồng lấn hơn cho KR _7y so với EU _5y . Khi tai nghe được đặt tại EEC, điện thoại được đẩy đi 1 khoảng cách nhỏ hơn tương đối, vì nó được đặt gần hơn với đầu so với đặt tại ERP. Hình 5. Vị trí đặt điện thoại so với đầu BẢNG III (a) KHOẢNG DỊCH VÀ CHỒNG ĐIỂM ẢNH BA CHIỀU CHO LOA TAI BỊ NÉN (b) TRỌNG LƯỢNG LOA TAI TRƯỚC VÀ SAU NÉN (a) EU _5y KR _7y ERP EEC ERP EEC Má Dịch 3mm 1mm 8mm 4mm Điểm ảnh ba chiều 367 176 894 460 Nghiêng Dịch 4mm 1mm 8mm 2mm Điểm ảnh ba chiều 344 74 446 56 (b) Đơn vị (g) Loa tai EU _5y KR _7y ERP EEC ERP EEC Má Bình thường 5.74 5.74 8.07 8.05 Bị nén 5.76 5.73 8.07 8.06 Nghiêng Bình thường 5.74 5.75 8.07 8.07 Bị nén 5.76 5.75 8.07 8.10 Các mô hình đầu cho tất cả các vị trí kiểm tra được chỉ ra trong hình 6; có tổng 22 trường hợp (20 cho các mô hình giải phẫu và 2 cho mô hình SAM) được mô phỏng cho mỗi mô hình điện thoại. Vị trí má và độ nghiêng sử dụng cho mô hình SAM là các vị trí chuẩn cho các kiểm tra SAR. III. Kết quả và thảo luận IEEE Std C95.1 [10] và chỉ đạo của ủy ban quốc tế tìm kiếm phát xạ không ion hóa (ICNIRP) trong việc giới hạn phơi nhiễm trường điện từ có các tiêu chuẩn khác nhau trong đỉnh không gian SARs. Trong IEEE Std C95.1, loa tai được xem như là biện pháp cuối cùng, và 2 lần giới hạn phần đầu SAR được chấp nhận, trong khi trong hướng dẫn của ICNIRP, loa tai được đưa ra cùng giới hạn SAR như phần đầu. Một khác biệt nữa giữa IEEE Std C95.1 và hướng dẫn của ICNIRP là cách họ định nghĩa hình dạng của các mô chứa một giá trị SAR khối lượng trung bình. IEEE Std C95.1 định nghĩa hình dạng như 1 hình lập phương, trong khi ICNRP định nghĩa nó như các khối đứng cạnh nhau.Vì 1 khối mô thỏa mãn hình dạng lập phương thường được đặt sâu hơn bề mặt cong của mô hình người so với 1 khối liên tục, giá trị trung bình SAR trên khối lập phương thường thấp hơn[12]. Chúng ta chỉ xem như các mô hình lập phương trong tài liệu này để tránh phức tạp trong các phân tích. Mặc cho sự khác nhau đã được nói trước giữa các giới hạn SAR trong IEEE Std C95.1 và hướng dẫn ICNIRP, tiêu chuẩn IEEE 1528 và IEC 62209-1 đang được lưu hành ở rất nhiều nước trên thế giới để kiểm tra đỉnh không gian trung bình SAR trong việc hấp thụ điện thoại di động. Mục đích của bài viết này để nghiên cứu liệu mô hình SAM có cung cấp các kết quả SAR đúng trong việc phơi nhiễm ở đầu trẻ. Khi mà xu hướng giữa đỉnh không gian SAR 1 và 10 g là giống nhau [6], [7], chúng ta chỉ so sánh 10-g SAR trong tài liệu này, bao gồm việc sử dụng hình khối lập phương như trong IEEE Std C95.3 [13]. Khối mô lập phương của ít hơn 95% và không nhiều hơn 100% của khối lượng 10-g được sử dụng. Cả 2 đỉnh 10-g SAR bao gồm và không bao gồm loa tai được xem xét, tương ứng với việc đánh giá trên cơ sở giới hạn 2W/kg SAR trong IEEE Std C95.1 và các hướng dẫn ICNIRP. VỚi 10-g SAR không gồm loa tai, các mô loa tai trong khối mô lập phương được xử lý như là không khí. A. Đặc tính điện môi của các mô và hình thái bên trong của mô hình giải phẫu đầu Chúng tôi nghiên cứu các ảnh hưởng của SAR theo sự khác biệt trong các đặc tính điện môi của các mô và hình thía bên trong của các mô hình giải phẫu đầu. Các mô trong mô hình giải phẫu trong bảng II theo mô hình 4-Cole-Cole trong các đặc tính điện môi[14]. Khi báo cáo cung cấp 2 kiểu da (ẩm và khô) và chất béo( thâm nhiễm và không thâm nhiễm với máu) đỉnh không gian 10-g SARs được tính toán cho 4 sự kết hợp của các đặc tính về da và chất béo để tìm ra sự khác biệt trong phép đo liều lượng, các kết quả được so sánh trong bảng IV. Như đã trình bày, KR_ 7y và EU _5y cung cấp SARs cao nhất ở lần lượt da ẩm và chất béo không thâm nhiễm với máu, và với da ẩm và chất béo thâm nhiễm với máu, nhưng tất cả các giá trị đều trong phạm vi 6% của giá trị trung bình. Cho các so sánh SAR với mô hình SAM, chúng tôi đã quan tâm đến da ẩm và chất béo thâm nhiễm với máu.