Simulación bioelectromagnética
Analice la interacción de los campos electromagnéticos con el cuerpo humano
¿Qué es el bioelectromagnetismo?
La bioelectromagnética (BioEM) abarca la interacción de los campos electromagnéticos (EM) con el cuerpo humano. Es un tema crucial en la investigación de una amplia gama de dispositivos médicos de imagen y tratamiento. Las normas de seguridad establecidas por organismos reguladores como la Comisión internacional sobre protección frente a radiaciones no ionizantes (ICNIRP) hacen que también sea motivo de preocupación para una amplia gama de productos que van desde los teléfonos inteligentes hasta los vehículos eléctricos. El cuerpo humano es una estructura compleja formada por materiales con una amplia gama de propiedades electromagnéticas y térmicas dependientes de la frecuencia. Para abordar estas complejidades necesitamos métodos especializados de modelización y simulación.
Las herramientas de simulación electromagnética y multifísica de CST Studio Suite pueden ayudar a afrontar los retos de la ingeniería eléctrica cerca del cuerpo humano. Las potentes herramientas de diseño y los modelos de materiales realistas pueden captar los ricos detalles tanto de los dispositivos electrónicos como del cuerpo humano. La tecnología de solver de alto rendimiento puede simular campos electromagnéticos en el complejo entorno del cuerpo de forma rápida y precisa.
Campos electromagnéticos en el cuerpo humano
La complejidad del cuerpo humano exige modelos de simulación detallados. El software SIMULIA admite tanto modelos corporales poligonales (CAD) como modelos corporales voxel, que puede plantear dentro de la herramienta para configurar escenarios de prueba realistas. SIMULIA dispone de una familia de modelos del cuerpo humano listos para la simulación que representan diferentes tipos de cuerpos.
Las soluciones de simulación CST Studio Suite también incluyen modelosprecisos de biocalentamiento. Nuestro enfoque tiene en cuenta los efectos de la termorregulación, como el flujo sanguíneo y el calor metabólico, para simular de forma realista cómo los campos electromagnéticos calientan el cuerpo.
Ejemplos de simulación BioEM
- Simulación BioEM para Ciencias de la salud
- Simulación BioEM para equipos industriales y de alta tecnología
Simulación bioelectromagnética para Ciencias de la salud
Dispositivos médicos como la resonancia magnética (MRI), las microondas y la diatermia dependen de los campos electromagnéticos para funcionar. La investigación y el desarrollo de un escáner de resonancia magnética eficiente y de alta resolución, por ejemplo, exige comprender el concepto de múltiples campos superpuestos en una amplia gama de frecuencias, desde el campo magnético estático hasta el pulso de radiofrecuencia, y su compleja interacción con las moléculas del cuerpo.
La simulación electromagnética modela la propagación de las ondas a través del cuerpo y su interacción con los tejidos, tanto si se trata de un efecto terapéutico necesario como de un efecto secundario no deseado. Los ingenieros de dispositivos y los médicos pueden utilizar los resultados de la simulación para comprender exactamente cómo absorbe la energía el cuerpo y validar diseños y protocolos de tratamiento. Podemos utilizar la simulación, por ejemplo, como método para verificar la seguridad de implantes y dispositivos como marcapasos durante una exploración o para calcular el patrón de calentamiento y los niveles de potencia seguros para un curso de diatermia por radiofrecuencia (RF).
El enfoque de simulación de resonancia magnética (MRI) de SIMULIA modela todas las bobinas y sus circuitos de control junto con el paciente para una simulación de sistema completo del procedimiento de exploración. Simular el procedimiento de exploración ayuda a los técnicos de resonancia magnética a sintonizar las bobinas para obtener una imagen óptima teniendo en cuenta la estructura real del cuerpo.
Las aplicaciones incluyen:
- resonancia magnética (MRI)
- imágenes por radiofrecuencia y microondas
- Diatermia e hipertermia
- Seguridad de los implantes
- electrónica para wearables e implantes
Simulación bioelectromagnética para equipos industriales y de alta tecnología
En las frecuencias de radio y microondas, las ondas electromagnéticas pueden ser reflejadas, refractadas o absorbidas por el cuerpo humano. Esta interacción es una de las principales causas de los problemas de rendimiento de los dispositivos portátiles y wearables, como los teléfonos inteligentes y los smartwatches, en los que la posición exacta de la mano puede afectar significativamente al rendimiento de la antena.
Las normativas de seguridad limitan la exposición a la radiación de radiofrecuencia de muchos dispositivos industriales y de consumo. En el caso de muchos dispositivos de consumo, esta exposición se cuantifica mediante la tasa de absorción específica (SAR) , una medida de la cantidad de energía que absorben los tejidos corporales durante su uso. Otros campos, como los transmisores de alta potencia y los radares aeroespaciales, tienen indicadores claves de rendimiento (KPI) similares de riesgo de radiación (RADHAZ) y la exposición humana también es motivo de preocupación en el caso de los campos de baja frecuencia alrededor de las líneas eléctricas y los puntos de carga inalámbrica.
La simulación bioelectromagnética ayuda a analizar el rendimiento de un dispositivo cerca del cuerpo y a mitigar posibles problemas antes de comprometerse con un prototipo físico, lo que reduce el riesgo de costosos fallos de cumplimiento posteriores. Los KPI, como el SAR, pueden calcularse automáticamente y cualquier infracción de los límites especificados se pone de relieve de inmediato.
Las aplicaciones incluyen:
- smartphone y dispositivos inalámbricos
- red de área corporal (BAN)
- bloqueo de las señales manuales y corporales
- cobertura 5G
- SAR
- radares y comunicación RADHAZ
- exposición a campos de baja frecuencia
- seguridad en el trabajo
Preguntas frecuentes sobre simulación bioelectromagnética
La tasa de absorción específica (SAR) es una medida de cuánta energía absorbe el cuerpo cuando se expone a campos electromagnéticos de radiofrecuencia. Se mide en vatios por kilogramo (W/kg) y se utiliza para evaluar los posibles riesgos para la salud asociados a la exposición a dispositivos inalámbricos como teléfonos móviles, ordenadores portátiles y tabletas. CST Studio Suite ofrece soluciones para la SAR de cuerpo entero, que es más relevante para dispositivos distantes, así como para la SAR local si la fuente de radiación está cerca del cuerpo. El método para calcular la SAR local varía en función de las normas aplicables. CST Studio Suite ofrece soluciones para ambos estándares relevantes con un promedio de masa tisular de 1 g o 10 g.
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