Simulazione bioelettromagnetica
Analizzare l'interazione dei campi elettromagnetici con il corpo umano
Cos'è la bioelettromagnetica?
La bioelettromagnetica (BioEM) copre l'interazione dei campi elettromagnetici (EM) con il corpo umano. È un argomento cruciale nella ricerca di un'ampia gamma di dispositivi medici per l'imaging e il trattamento. Le norme di sicurezza previste dagli enti normativi, come l'International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP), indicano che rappresenta anche un problema per una vasta gamma di altri prodotti, dagli smartphone alle auto elettriche. Il corpo umano è una struttura complessa costituita da materiali con un'ampia gamma di proprietà termiche ed elettromagnetiche dipendenti dalla frequenza. Per affrontare queste complessità abbiamo bisogno di metodi di modellazione e simulazione specializzati.
Gli strumenti di simulazione elettromagnetica e multifisica di CST Studio Suite possono aiutare ad affrontare le sfide dell'ingegneria elettrica in prossimità del corpo umano. Potenti strumenti di progettazione e modelli di materiali realistici possono acquisire i dettagli di dispositivi elettronici e del corpo umano. La tecnologia dei solutori ad alte prestazioni consente di simulare rapidamente e in maniera precisa i campi elettromagnetici (EM) negli ambienti complessi del corpo umano.
Campi elettromagnetici nel corpo umano
La complessità del corpo umano richiede modelli di simulazione dettagliati. Il software SIMULIA supporta sia modelli di corpo poligonali (CAD) sia modelli di corpo voxel, che può porre all'interno dello strumento per configurare scenari di test realistici. SIMULIA offre una famiglia di modelli di corpo umano pronti per la simulazione che rappresentano diversi tipi di corpo.
Le soluzioni di simulazione CST Studio Suite includono anche modelli biotermici precisi. Il nostro approccio si basa sull'analisi degli effetti della termoregolazione, come la circolazione sanguigna e il calore metabolico, per simulare realisticamente il modo in cui i campi elettromagnetici riscaldano il corpo.
Esempi per la simulazione BioEM
- Simulazione BioEM per le bioscienze
- Simulazione BioEM per macchine e impianti industriali e High Tech
Simulazione bioelettromagnetica per le bioscienze
Dispositivi medici come la risonanza magnetica (RM), l'imaging a microonde e la diatermia funzionano grazie ai campi elettromagnetici. La ricerca e lo sviluppo di uno scanner RM efficiente e ad alta risoluzione, ad esempio, richiede la comprensione del concetto di più campi sovrapposti a un'ampia gamma di frequenze, dal campo magnetico statico all'impulso di radiofrequenza, e della loro complessa interazione con le molecole del corpo.
La simulazione elettromagnetica modella la propagazione delle onde attraverso il corpo e l'interazione delle onde con i tessuti, sia che si tratti di un effetto terapeutico richiesto o di un effetto collaterale indesiderato. Gli ingegneri e i medici possono utilizzare i risultati delle simulazioni per comprendere esattamente come l'energia viene assorbita dal corpo e convalidare progetti e protocolli di trattamento. Ad esempio, è possibile utilizzare la simulazione come metodo per verificare la sicurezza di impianti e dispositivi come pacemaker durante una scansione o per calcolare lo schema di riscaldamento e i livelli di potenza di sicurezza per un corso di diatermia a radiofrequenza (RF).
L'approccio di simulazione RM di SIMULIA modella tutte le bobine e i relativi circuiti di controllo insieme al paziente per una simulazione completa della procedura di scansione. La simulazione della procedura di scansione aiuta i tecnici RM a regolare le bobine per ottenere un'immagine ottimale, considerando la struttura reale del corpo.
Le applicazioni includono:
- Risonanza magnetica
- RF e imaging a microonde
- Diatermia e ipertermia
- Sicurezza dell'impianto
- Elettronica indossabile e impiantabile
Simulazione bioelettromagnetica per macchine e impianti industriali e High Tech
Alle radiofrequenze e microonde, le onde elettromagnetiche possono essere riflesse, rifratte o assorbite dal corpo umano. Questa interazione è una delle principali cause di problemi nelle prestazioni di dispositivi portatili e indossabili, come smartphone e smartwatch, in cui la posizione esatta della mano può influire in modo significativo sulle prestazioni dell'antenna.
Le norme di sicurezza limitano l'esposizione alle radiazioni in radiofrequenza da parte di molti dispositivi industriali e di consumo. Per molti dispositivi di consumo, questa esposizione è quantificata dal tasso di assorbimento specifico (SAR) , una misura della quantità di energia assorbita dai tessuti corporei durante l'uso. Altri campi, come trasmettitori ad alta potenza e radar per il settore aerospaziale hanno KPI di rischio radioattivo (RADHAZ) simili, inoltre l'esposizione umana è un problema anche per i campi a bassa frequenza intorno alle linee di alimentazione e ai punti di ricarica wireless.
La simulazione bioelettromagnetica consente di analizzare le prestazioni di un dispositivo vicino al corpo e di ridurre i potenziali problemi prima di passare a un prototipo fisico, riducendo il rischio di costosi errori di conformità in un secondo momento. I KPI come il SAR possono essere calcolati automaticamente e qualsiasi violazione dei limiti specificati viene evidenziata immediatamente.
Le applicazioni includono:
- Smartphone e dispositivi wireless
- Rete corporea (BAN)
- Blocco dei segnali manuali e corporei
- Copertura 5G
- SAR
- Radar e comunicazione RADHAZ
- Esposizione al campo a bassa frequenza
- Sicurezza sul lavoro
Domande frequenti sulla simulazione bioelettromagnetica
Il tasso di assorbimento specifico (SAR, Specific Absorption Rate) è una misura della quantità di energia assorbita dal corpo quando esposto ai campi elettromagnetici a radiofrequenza. Viene misurato in watt per chilogrammo (W/kg) e viene utilizzato per valutare i potenziali rischi per la salute associati all'esposizione a dispositivi wireless come telefoni cellulari, computer portatili e tablet. CST Studio Suite offre soluzioni per il SAR del corpo intero, più rilevante per i dispositivi distanti, e per il SAR locale se la sorgente di radiazioni è vicina al corpo. Il metodo per calcolare il SAR locale varia in base agli standard applicabili. CST Studio Suite offre soluzioni a entrambi gli standard rilevanti, con una media di 1 g o 10 g di massa di tessuto.
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