О распространении микроволнового излучения в слоистых биотканях грудной клетки человека
Аннотация
Изучены особенности распространения микроволн в модели слоистой биоткани, имитирующей участок грудной клетки человека, в широком диапазоне частот - от 1 до 100 ГГц. Модель содержала четыре слоя (кожа, подкожный жир, мышцы, легкое), и ограничена прямоугольным параллелепипедом. Подбор толщин слоев осуществлялся, исходя из биологической модели тела человека. Для численных расчетов были выбраны следующие характерные частоты: 1, 2, 5, 10, 20, 50 и 100 ГГц. Поперечный размер модели и волнового фронта падающей волны был выбран равным 5λ, что исключило влияние дифракции волны на боковой поверхности модели на ее распространения вдоль оси структуры. Выбор толщины последнего слоя в модели обеспечивал минимизацию эффектов интерференции с волной, проникающей в модель с ее тыльной поверхности. В результате моделирования выявлены особенности распространения микроволн в слоистой биоткани и рассчитана зависимость глубины проникновения микроволнового излучения в биоструктуру от частоты излучения.
- слоистая биоструктура
- электромагнитные волны
- терагерцовый диапазон
- численное моделирование
Abstract (in English)
On the propagation of microwave radiation in the layered biotissues of the human chest
The features of microwave propagation have been studied in a model of layered biotissue simulating a section of the human chest in a GHz frequency range. The model contained four layers (skin, subcutaneous fat, muscle, lung), and is bounded by a rectangular parallelepiped. The selection of layer thicknesses was carried out basing on the biological model of the human body. The following frequencies were selected for numerical simulation: 1, 2, 5, 10, 20, 50 and 100 GHz. The transverse size of the model and the incident wave front were chosen to be equal to 5λ, excluding an influence of wave diffraction on the lateral surface of the model on wave propagation along the axis of the model. The choice of the thickness of the last layer in the model ensured minimization of interference effects with the wave penetrating into the model from its back surface. As a result of modeling, the features of microwave propagation in layered biological tissue were revealed and the dependence of the depth of penetration of microwave radiation into the biostructure on the frequency was calculated.
Для цитирования
Зиненко А.С., Саввин В.Л. О распространении микроволнового излучения в слоистых биотканях грудной клетки человека // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.3.9
Литература
- Ho J. S. et al. Wireless power transfer to deep-tissue microimplants //Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2014. - Т. 111. - №. 22. - С. 7974-7979.
- Gabriel C. The dielectric Properties of Biological Tissues: III. Measurements in the frequency range 10Hz to 20GHz //Phys. Med. Biol. - 1996. - Т. 41. - С. 2271-2293.
- Козарь А.В. и др. Формирование интерференционной картины при моделировании воздействия ММ-облучения на многослойную кожную ткань //Миллиметровые волны в биологии и медицине. - 2002. - №. 3. - С. 27.
- Лагуцкий И.А. и др. Модель поглощения электромагнитного излучения СВЧ-диапазона биологическими тканями //Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. - 2021. - Т. 19. - №. 1. - С. 52-60.
- Демьяненко А.В., Невструев Я.В., Семерник О.Е. Распространение электромагнитных волн в трехмерной упрощенной модели грудной клетки человека //Журнал радиоэлектроники. - 2019. - №. 10. - С. 8-8. http://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.10.3
- Стрелков Н.О., Крамм М.Н., Жихарева Г.В. Неоднородная электродинамическая модель грудной клетки человека в форме эллиптического цилиндра //Журнал радиоэлектроники. - 2011. - №. 7. - С. 6-6.
- Sun Q. et al. Recent advances in terahertz technology for biomedical applications //Quantitative imaging in medicine and surgery. - 2017. - Т. 7. - №. 3. - С. 345.