高功率脈沖微波輻照大鼠體內(nèi)電場分布的數(shù)值模擬和實驗驗證.pdf

1、本文在建立大鼠電磁模型的基礎(chǔ)上，用FDTD方法計算了2.71GHz和9.33GHz高功率脈沖微波(HPPM)分別在背部，腹部，側(cè)部，頭部，尾部方向入射條件下大鼠體內(nèi)及心臟，大腦，肝臟等組織的電場強度分布，并實驗研究2.71GHz HPPM從頭部方向輻照和9.33GHz HPPM從背部方向輻照時大鼠心臟組織形態(tài)學(xué)變化，比較分析由數(shù)值模擬得到的場強分布與實驗結(jié)果之間的關(guān)系，進.一步對脈沖微波生物效應(yīng)的量效關(guān)系進行理論分析和探討。
　　

2、 數(shù)值模擬結(jié)果表明，在場強相同的輻照條件下，大鼠體內(nèi)的電場強度分布與入射波頻率和輻照方式有關(guān)。由于2.71GHz HPPM比9.33GHz HPPM的趨膚深度大，2.71GHz HPPM各方向輻照時，大鼠體內(nèi)各處的電場強度都比較高，在腹部和側(cè)部方向輻照時心臟處的電場強度最人值最高；背部，尾部和頭部方向輻照時大腦處的電場強度平均值和最大值均為最高。五種入射方式中大腦的電場強度平均值均為最高，并且在大腦的下部中間區(qū)域電場強度較高。9.33

3、GHz HPPM各方向輻照時，由于該入射波趨膚深度較小，大鼠體內(nèi)各處的電場強度都比較低。全身電場強度平均值明顯比心臟、肝臟的電場強度平均值高，但與大腦的電場強度平均值接近，并且大腦皮層區(qū)域電場強度較高。
　　 實驗結(jié)果表明，2.71GHz HPPM頭部方向輻照時，左心室內(nèi)膜損傷程度隨輻照脈沖個數(shù)的增加而增加，但左心室外膜無明顯變化。9.33GHz HPPM背部方向輻照時，心臟內(nèi)、外膜均無明顯損傷，且外部脈沖電場強度變化時心臟也無

4、損傷。
　　 將數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果相比較，發(fā)現(xiàn)心臟中電場強度較高的區(qū)域（E_>8.1kv/m）有損傷效應(yīng)，電場強度較低的區(qū)域（E<_2.8kv/m）無損傷效應(yīng)。
　　 以上的數(shù)值模擬結(jié)果和實驗結(jié)果表明：在外部脈沖電場強度和微波頻率都相同的輻照條件下，以不同的輻照方式輻照時，生物體內(nèi)的場強分布是不同的：往外部脈沖電場強度和輻照方式都相同的輻照條件下，以不同的微波頻率輻照時，生物體內(nèi)的場強分布也是不同的；在外部脈沖電場強

5、度、微波頻率和輻照方式都相同的輻照條件下，同一器官或組織中不同區(qū)域的場強分布不同，由此引起同一器官不同區(qū)域的損傷效應(yīng)也不同。這些結(jié)果表明，當(dāng)波長與輻照對象尺度相當(dāng)時.既不能用體外的輻照劑量（如平均功率密度），也不能用體內(nèi)的平均輻照劑量（如體內(nèi)的平均SAR）來合理地表述這類電磁輻射的量效關(guān)系。必須用體內(nèi)的局域輻照劑量才能科學(xué)合理地表述這類電磁輻射的生物效應(yīng)的量效關(guān)系。本文研制了體內(nèi)局域輻照劑量的模擬計算方法，并實驗驗證了方法的正確性，該模