نفوذسنجی محاسباتی در تراهرتز

یک ساختار محاسباتی جدید

همکاران ما در این طرح: الیور اشپاثمان، مارتین زانگ، یواخیم اشترکرت،‌فلکرت هانزن،‌توماس فیدلر، کنستانتین اشتاتنیکف، اولریخ فایفر و مارکوس کلمنس.

تخمین محاسباتی میدان و حرارت در درون ساختار بافت‌های سطحی بدن (پوست و قرنیه) در باند تراهرتز (فرکانس از مرتبه 1012 هرتز) اغلب با یک مانع جدی روبه روست: خواص الکتریکی بافت‌ها و اجزای آن‌ها دراین باند اغلب اندازه‌گیری نشده یا با ادوات فعلی غیرقابل اندازه گیری هستند. همچنین با توجه به طول موج بسیار کوچک این باند فرکانسی، نیاز به مدل‌سازی هندسی اجزای بسیار کوچک در ساختار ناهمگن بافت پدید می‌آید. ارزش این کار در فراهم آوردن ابزار محاسباتی لازم برای غلبه بر این چالش‌هاست. این کار در قالب یک همکاری تحقیقاتی با اساتید کرسی الکترومغناطیس نظری (LTET) در دانشگاه ووپرتال آلمان انجام شده است و گزارش آن در مقاله زیر قابل مطالعه است:

O. Spathmann, M. Zang, J. Streckert, V. Hansen, M. Saviz, T. M. Fiedler, K. Statnikov, U. R. Pfeiffer, and M. Clemens,  Numerical Computation of Temperature Elevation in Human Skin Due to Electromagnetic Exposure in the THz Frequency Range, IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, Vol. 5, No. 6, pp. 978 – 989, November 2015.  DOI: 10.1109/TTHZ.2015.2476962.  

 

Abstract: The ongoing development of new applications in the terahertz (THz) frequency range, such as wireless communication systems, full-body scanners or other imaging procedures for biological and medical techniques, rapidly increases the number of persons who are potentially exposed to the electromagnetic radiation of those devices. Studies of thermal effects in humans caused by electro-magnetic (EM) exposure with frequencies in the THz frequency range can rarely be found in the literature. In this paper a method for the numerical computation of a potential thermal response in human skin due to EM fields between 0.1 THz and 10 THz is introduced. The method starts with the development of adequate simulation models for EM fields with penetration depths less than 1 mm. In a further step, it covers the provision of absolutely needed dielectric tissue parameters with help of the “effective medium theory”, since material properties above 100 GHz are not listed in the commonly consulted databases. The absorbed power in EM exposed human skin models of different complexity is calculated and subsequently used as heat source for temperature simulations. Spatial and timedependent temperature profiles in the tissue are analyzed for transient and continuous exposures.

 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *