Safety evaluation of human exposure using large-scale analysis based on ultra-high resolution body model in quasi-millimeter and millimeter wave bands
Project/Area Number |
21K04039
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
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Research Institution | Kitami Institute of Technology |
Principal Investigator |
田口 健治 北見工業大学, 工学部, 准教授 (60435485)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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Keywords | 準ミリ波帯 / ミリ波帯 / 超高解像度人体ボクセルモデル / 人体ばく露 / 安全性評価 / 国際標準化 / SAR / APD / 準ミリ波・ミリ波 / 超高解像度 / 大規模解析 |
Outline of Research at the Start |
次世代移動通信で利用される準ミリ波・ミリ波帯の人体安全性評価指針は、国際規格団体によるガイドラインが発布されたが、安全側に基準値が設定されている。本研究では、超高解像度化技術を応用した解剖学に基づく高精細人体数値モデルと大規模な電磁界・熱の複合物理数値解析により、従来困難であった本周波数帯における人体電磁ばく露の評価指針と温度上昇との関連性を明らかにし、次世代無線通信の国際電波防護ガイドライン策定及び改訂に貢献することを目的としている。特に、安全性を考慮した最大許容送信電力を明確にすることで受信端末及び基地局を含めた通信システム設計の簡易化を促進するなど、産業界への波及効果も期待できる。
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Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度は「超高解像度人体モデルと大規模解析に基づく準ミリ波・ミリ波帯人体ばく露の安全性評価」として、主に以下の研究を実施した。 1)マイクロ波帯~ミリ波帯における頭部ばく露評価:皮膚厚さの異なる7種類の超解像度頭部モデルを用いて1GHz~100GHzの広範囲周波数における総吸収電力(TAP)、吸収電力密度(APD)及び皮膚厚さの違いによるAPD変化の詳細評価を実施した。本解析の結果から、i)表面平滑化を行わない従来モデルでは平滑化モデルよりも高いTAPを示すこと、ii)各部位の現実的な表皮厚さを考慮したモデルにおいては強い定在波が抑制されるため周波数領域のTAP変化量が他モデルより小さくなること、iii)皮膚厚みの違いによるAPD最大変動割合は平均面積4cm2及び1cm2でそれぞれ約20%及び10%以内になることなどが明らかになった。 2)RT法に基づく全身SAR評価法の開発:本周波数帯における全身SAR評価の低計算コスト化を図るため、レイトレーシング(RT)法と超高解像度人体モデル作成過程で生成される高精度ポリゴンモデルを用いた全身ばく露評価システムのプロトタイプを開発した。本システムでは皮膚厚みを考慮した反射係数を用いることにより柔軟な解析を実現している。 3)準ミリ波・ミリ波帯における皮膚吸収電力密度の相互比較研究:皮膚吸収電力密度の平均化方法検証のため、皮膚構造を考慮した簡易人体モデルを用いた10~90GHz帯のばく露解析を実施し、複数国際研究グループ間の相互比較を行った。その結果、1層及び3層皮膚モデルに対する空間平均吸収電力密度ピークの最大相対標準偏差(RSD)はダイポールアンテナ単体ではそれぞれ17.49%及び17.39%以下、ダイポールアレイアンテナではそれぞれ32.49%及び42.55%に増加することなどが明らかになった。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
準ミリ波・ミリ波帯ばく露の生体現象においては電磁波工学的に皮膚近傍における電力吸収が支配的になるため、マイクロ波帯に代表される様な頭部内部のホットスポットが原理的に生じない。しかしながら、具体的な解析を行ったところ本周波数帯ではマイクロ波より波長が短くなるため、新たな現象として特定の周波数においてで耳介内部にホットスポットが生ずる現象が確認された。このメカニズムを明らかにするために、複数種類の皮膚頭部モデルや多くの周波数ポイントにおける大規模な解析を実施する必要性が生じたため、当初の予定よりも多くの研究時間を要した。そのため、RT法に基づく全身SAR評価法の開発に移行する時期に少し遅れが生じたが概ね順調に進展している。
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Strategy for Future Research Activity |
現在、FDTD法による全身ばく露評価についての研究成果をまとめており、結果を論文に投稿する予定である。また、本年度開発したレイトレーシング法の全身ばく露評価システムの計算及び精度の向上を図り、具体的なばく露評価を行うと共にFDTD法との比較検討を実施する予定である。また、日本人モデルだけでは無く外国人モデルについても高精度ボクセルモデルを開発して同様の解析を進める。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Calculated Epithelial/Absorbed Power Density for Exposure From Antennas at 10-90 GHz: Intercomparison Study Using a Planar Skin Model2023
Author(s)
K. Li, S. Kodera, D. Poljak, Y. Diao, K. Sasaki, A. Susnjara, A. Prokop, K. Taguchi, J. Xi, S. Zhang, M. Yao, G. Sacco, M. Zhadobov, W. E. Hajj, and A. Hirata
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Journal Title
IEEE Access
Volume: vol. 11
Pages: 7420-7435
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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