Simulation bioélectromagnétique
Analyser l'interaction des champs électromagnétiques avec le corps humain
Qu'est-ce que le bioélectromagnétisme ?
Le bioélectromagnétisme (BioEM) étudie l'interaction des champs électromagnétiques avec le corps humain. Il s'agit d'un sujet de recherche crucial pour un grand nombre de dispositifs d'imagerie et de traitement médicaux. Les réglementations de sécurité imposées par les organismes tels que la Commission internationale de protection contre les rayonnements non ionisants (ICNIRP) signifient qu'il s'agit également d'une préoccupation pour une large gamme d'autres produits, des smartphones aux voitures électriques. Le corps humain est une structure complexe composée de matériaux présentant un large éventail de propriétés électromagnétiques et thermiques dépendant de la fréquence. L'étude de ces aspects complexes nécessite des méthodes de modélisation et de simulation spécialisées.
Les outils de simulation électromagnétique et multiphysique de CST Studio Suite peuvent aider à relever les défis de l'ingénierie électrique à proximité du corps humain. Des outils de conception puissants et des modèles de matériaux réalistes permettent de capturer les nombreux détails des appareils électroniques et du corps humain. La technologie de solveur hautes performances permet de simuler des champs EM dans l'environnement complexe du corps avec rapidité et précision.
Champs électromagnétiques dans le corps humain
La complexité du corps humain nécessite des modèles de simulation détaillés. Le logiciel SIMULIA prend en charge les modèles de corps polygonaux (CAO) et en voxels, qui peuvent être placés dans l'outil pour configurer des scénarios de test réalistes. Une famille de modèles prêts pour la simulation représentant différents types de corps humains est disponible dans SIMULIA.
Les solutions de simulation CST Studio Suite incluent également des modèles de chaleur corporelle précis. Notre approche tient compte des effets de thermorégulation tels que la circulation sanguine et la chaleur métabolique, afin de simuler de manière réaliste la manière dont les champs électromagnétiques chauffent le corps.
Exemples de simulation BioEM
- Simulation BioEM pour la santé
- Simulation BioEM pour les équipements hautes technologies et industriels
Simulation bioélectromagnétique pour la santé
Les dispositifs médicaux tels que l'imagerie par résonance magnétique (IRM), l'imagerie hyperfréquence et la diathermie s'appuient tous sur les champs électromagnétiques pour fonctionner. La recherche et le développement d'un appareil d'IRM haute résolution efficace, par exemple, nécessitent de comprendre le concept de superposition de plusieurs champs sur une large plage de fréquences (du champ magnétique statique à l'impulsion de radiofréquence) et leur interaction complexe avec les molécules du corps.
La simulation électromagnétique permet de modéliser la propagation des ondes à travers le corps et leur interaction avec les tissus, qu'il s'agisse d'un effet thérapeutique souhaité ou d'un effet secondaire indésirable. Les ingénieurs et les médecins peuvent utiliser les résultats de la simulation pour comprendre exactement comment l'énergie est absorbée par le corps et valider les conceptions et les protocoles de traitement. Par exemple, il est possible d'utiliser la simulation pour vérifier la sécurité des implants et des dispositifs tels que les stimulateurs cardiaques pendant un examen, ou pour calculer le modèle thermique et les niveaux de puissance sans danger pour une diathermie par radiofréquence (RF).
L'approche de simulation IRM de SIMULIA permet de modéliser toutes les bobines et leurs circuits de commande, ainsi que le patient, pour une simulation complète de la procédure d'examen. La simulation de la procédure d'examen aide les techniciens IRM à régler les bobines pour obtenir une image optimale en tenant compte de la structure réelle du corps.
Les applications sont notamment les suivantes :
- IRM
- Imagerie RF et hyperfréquence
- Diathermie et hyperthermie
- Sécurité des implants
- Appareils électroniques portables et implantables
Simulation bioélectromagnétique pour les équipements hautes technologies et industriels
Aux fréquences radio et micro-ondes, les ondes électromagnétiques peuvent être réfléchies, réfractées ou absorbées par le corps humain. Cette interaction est une cause majeure de problèmes de performances dans les appareils mobiles et portables tels que les smartphones et les montres connectées, où la position exacte de la main peut avoir un impact significatif sur les performances de l'antenne.
Les réglementations de sécurité limitent l'exposition aux rayonnements de radiofréquences de nombreux appareils industriels et grand public. Pour de nombreux appareils grand public, cette exposition est quantifiée par le débit d'absorption spécifique (DAS), une mesure de la quantité de puissance absorbée par les tissus du corps pendant l'utilisation. D'autres champs tels que les émetteurs haute puissance et les radars aérospatiaux ont des KPI de risque de rayonnement (RADHAZ) similaires. L'exposition humaine est également une préoccupation pour les champs basse fréquence autour des lignes électriques et des points de recharge sans fil.
La simulation bioélectromagnétique permet d'analyser les performances d'un appareil à proximité du corps et d'atténuer les problèmes potentiels avant de s'engager dans la création d'un prototype physique, réduisant ainsi le risque de défauts de conformité coûteux par la suite. Les KPI tels que le DAS peuvent être calculés automatiquement et toute violation des limites spécifiées est immédiatement mise en évidence.
Les applications sont notamment les suivantes :
- Smartphones et appareils sans fil
- Réseau de capteurs corporels (BAN)
- Blocage du signal par la main et le corps
- Couverture 5G
- DAS
- RADHAZ pour les radars et les communications
- Exposition aux champs basse fréquence
- Sécurité au travail
FAQ sur la simulation bioélectromagnétique
Le débit d'absorption spécifique (DAS) est une mesure de la quantité d'énergie absorbée par le corps lorsqu'il est exposé aux champs électromagnétiques de radiofréquences. Il se mesure en watts par kilogramme (W/kg) et sert à évaluer les risques potentiels pour la santé associés à l'exposition à des appareils sans fil tels que les téléphones mobiles, les ordinateurs portables et les tablettes. CST Studio Suite fournit des solutions pour le DAS corps entier, plus pertinentes pour les appareils distants, ainsi que pour le DAS local si la source de rayonnement se trouve à proximité du corps. La méthode de calcul du DAS local varie en fonction des normes applicables. CST Studio Suite propose des solutions pour les deux normes pertinentes correspondant à une masse tissulaire supérieure à 1 g ou 10 g.
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