URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
900 MHz Frekans Bandındaki Elektromanyetik Alanların Termal
Etkilerinin Araştırılması İçin Fantom Hazırlanması
Uğur SORGUCU, İbrahim DEVELİ*, Şükrü ÖZEN**
Bartın Üniversitesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Bartın
[email protected]
*Erciyes Üniversitesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Kayseri
[email protected]
**Akdeniz Üniversitesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Antalya
[email protected]
Özet: Kablosuz teknolojinin gelişime paralel olarak etrafımızdaki elektromanyetik alan yoğunluğu her geçen
gün artmaktadır. Artan elektromanyetik kirliliğin insan bedeni üzerindeki etkilerinin incelenmesi ise son derece
önemli bir konu başlığıdır. Bu araştırmaları insan bedeni üzerinde yürütmenin etik kurallarla bağdaşmaması ve
çalışma pratiği bakımından uygun olmaması nedeniyle fantomlara ihtiyaç duyulmaktadır. Fantomlar her doku
için farklı şekilde hazırlanırken, dokuların elektromanyetik karakteristiği ise her frekans bölgesinde farklı bir
davranış sergilemektedir. Bu nedenle literatürde hazırlanan fantomlar, spesifik bir doku için ve çalışılacak olan
frekans bölgesi için özel olarak hazırlanmıştır.
Bu çalışma kapsamında ülkemizdeki mobil şebekelerin (Turkcell, Vodafone) kullandığı 900 MHz frekans ile
yayılan elektromanyetik alanlara maruziyetin araştırılacağı çalışmalarda kullanılabilecek bir beyin fantomu
hazırlanmış ve hazırlanan fantomun IEEE 1528 standardına olan uyumu incelenmiştir. Hazırlanan fantomun
iletkenlik ve bağıl geçirgenlik değerleri IEEE standartlarından sırasıyla %6.2 ve %2.7 sapma ile bulunmuştur.
Literatürdeki çalışmalar ve IEEE raporları dikkate alındığında, hazırlanan fantomun 900 MHz frekansındaki
beyin araştırmalarında kullanılabilecek yeterlilikte olduğu tespit edilmiştir.
Abstract: The density of electromagnetic fields around us is increased in parallel with the development of
wireless technology with each past day. Investigation of the effect of increasing electromagnetic pollution on the
human body is extremely important topic. Phantoms are needed due to the fact that conducting such researches
on the human body is incompatible with the ethical rules and unavailable in the terms of working practices.
While phantoms are prepared differently for each tissue, electromagnetic characteristics of tissues show
different behaviour in each frequency region. Therefore, phantoms which were prepared in the literature, are
prepared for a specific tissue and for desired frequency region.
In the scope of this study, a brain phantom was prepared for studies which investigate the exposure to
electromagnetic fields, that is used by mobile networks that emit in the 900 MHz frequency in our country
(Turkcell, Vodafone) and compliance of prepared phantom and the IEEE 1528 standard was examined.
Conductivity and dielectric values of the prepared phantom were found with the deviation from IEEE standard
2.7% and 6.2% respectively. Considering the studies in the literature and the IEEE reports, prepared phantom
has been found to be sufficient for brain research and it can be used for 900 MHz frequency region.
1. Giriş
Son yıllarda kablosuz teknoloji ve telekomünikasyon sektörlerinde küresel anlamda çok önemli gelişmeler
yaşanmaktadır. Kablosuz teknolojinin hayatı kolaylaştıran birçok fonksiyonun yanında, beraberinde getirdiği en
önemli dezavantaj olarak elektromanyetik alanlar görülmektedir. Nitekim elektrik enerjisi ile çalışan cihaz ve
sistemler çevresine elektromanyetik enerji yaymaktadır. Sayıları her geçen gün artan cihaz ve sistemlerin
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
gelişimine paralel olarak elektromanyetik alanların sağlık üzerindeki olası zararlı etkileri konusunda, bilim
dünyasının da ilgisi her geçen gün artmaktadır. Bu enerjinin biyolojik kütlelerce soğurulması durumunda ortaya
çıkabilecek en temel riskin ısı artışı olduğu kabul edilmektedir [1]. Elektromanyetik alanlara maruz kalınması
halinde oluşabilecek ısı artışını insan bedeni üzerinde araştırmak ise akademik araştırma etiği ile bağdaşmamakta
ve çalışma pratiği bakımından uygun bulunmamaktadır [2]. Bu nedenle, doku benzeri sıvıların (fantomların)
oluşturulmasına ihtiyaç duyulmaktadır.
Fantomlar çok geniş bir kullanım sahasına sahiptir. Hipertemia ve dozimetri araştırmalarının büyük bir
bölümünde kullanılan fantomlar, günümüzde daha popüler ve yoğun bir şekilde cep telefonlarına ait SAR (Özgül
Soğurma Oranı) değerlerinin belirlenmesi amacıyla da kullanılmaktadır. Yakın tarihte başlayan, dokuların
elektriksel karakteristiğine ilişkin yürütülen araştırmalar, 1950’ li yıllardan günümüze kadar sürdürülmektedir.
Teorik anlamdaki genel durum ve birçok temel bulgu, bu çalışmalar ışığında elde edilmiştir [3]-[7]. Ancak
araştırmalara ait sürecin çok daha eskilere dayandığı, Schwan ve Foster’ ın 1950’li yıllarda yürüttükleri
çalışmalarında vurgulanmıştır [5]. Elektromanyetik alanların biyolojik doku içerisinde ilerlerken, dokunun
elektriksel özelliklerine (bağıl geçirgenlik ve iletkenlik) bağlı bir karakter sergilediğini fark eden araştırmacılar,
fantomları hazırlarken dokuların ilgili frekanstaki bağıl geçirgenlik ve iletkenlik değerlerini değerlendirmiş ve
fantom hazırlarken en önemli kıstas olarak bu iki parametreyi referans almışlardır.
2. Fantom Hazırlanışı
Beyin dokusu hazırlanırken istatistikî olarak belirlenmiş ortalama bir insanın antroformik kafa yapısı göz önüne
alınmaktadır [8]. Ancak ortalama bir insana ait kafa yapısı, kafa bölgesini elektriksel olarak taklit edebilmek için
tek başına yeterli değildir. Bu nedenle bu antroformik kafa modelinin, beyni elektriksel olarak taklit edebilmesini
sağlamak amacıyla fantomlar kullanılmaktadır.
Fantomlar, insan bedeninin her bölgesi için farklı şekillerde hazırlanmaktadır [9, 10]. Bunun sebebi, dokuların
bağıl geçirgenlik ve iletkenlik karakteristiklerinin birbirinden farklı olmasıdır. Beyin dokusunun da elektriksel
özelliklerinin, çalışma frekansına göre değişkenlik göstermesi nedeniyle her frekans bölgesi için ayrı bir fantoma
ihtiyaç duyulmaktadır. Fantomun elektriksel karakteristiği ise muhtevasındaki maddelerin kütlece oranlarına çok
hassas bir şekilde bağlıdır. Bu nedenle fantom içeriğindeki maddelerin stokiyometrik oranlarının net bir şekilde
ortaya konulması önemli olmaktadır. Ayrıca, herhangi bir dokuyu taklit etmek üzere hazırlanan fantom,
çalışılacak olan her frekans bölgesi için farklı şekilde hazırlanmaktadır. Çünkü biyolojik dokuların elektriksel
karakteristiği frekansa bağımlı bir davranış sergilemektedir [11]. Nitekim bu çalışma kapsamında biyolojik doku
örneği olarak beyin ele alınmış, çalışma sahası olarak ta 900 MHz frekans bölgesi belirlenmiştir.
Hazırlanan beyin fantomu su temelli bir karışımdır. Kullanılan temel elemanın su olması dolayısıyla fantomların
viskositesi oldukça düşük olup akışkanlığını arttırabilmek için HEC (Hydroxyetheylcellulose) kullanılmaktadır.
Bu materyal sayesinde geniş aralıkta akışkanlık elde edilebilir ve fantom içerisinde sensörün daha rahat hareket
etmesi sağlanabilir. Beyin fantomuna ait bir diğer bileşen olan sodyum klorür (Sodium Chloride, NaCI) granül
formda bir kimyasal olmasının yanında fantomlarda iletkenliği düzenlemek üzere çok az miktarlarda
kullanılmaktadır. Sakkaroz ise düşük bağıl geçirgenlik özelliğine sahip bir kimyasaldır, yüksek bağıl geçirgenlik
özelliğe sahip saf suyun bağıl geçirgenlik değerini düşürmek için kullanılmaktadır. Diğer bir bileşen olarak
kullanılan bakterisid (bacteriacid), bakteriyel etkilerde polimerin düşmesini, küflenme ve koku oluşumunu
önlemek için kullanılmaktadır. HEC ve sakaroz birlikte karıştırılarak su üzerine eklenmelidir aksi halde HEC
yapışkan bir hale gelip fantom içi düzensizlik oluşmasına sebep olabilir.
Bu çalışma kapsamında kütlece ağırlık olarak %40.92 su, %56.50 sakkaroz, %1.48 tuz, %1 HEC ve %0.10
bakterisid kullanarak bir beyin fantomu elde edilmiştir. Hazırlanan fantom, mekanik çalkalayıcıda 2 saat kadar
karıştırılmış ve dinlendirildikten sonra bir VNA (Vector Network Analyzer) ve TEM (Transverse Electric and
Magnetic Mode) hattı yardımıyla 23.1oC sıcaklığında bilgisayara bağlanarak iletkenlik ve bağıl geçirgenlik
değerleri ölçülmüştür. Ölçüm sonuçları şekil 1’ de IEEE 1528 standartlarıyla karşılaştırmalı bir şekilde
sunulmuştur. Şekil 1’ den de görüleceği üzere, 900 MHz frekans bölgesinde, hazırlanan fantom ile IEEE 1528
standardı oldukça yakın bir davranış sergilemektedir. Hazırlanan fantomun iletkenlik ve geçirgenlik değerleri
IEEE standartlarından sırasıyla %6.2 ve %2.7 sapma ile bulunmuştur. Literatürdeki bazı çalışmalarda iletkenlik
için %10 sapmanın, bağıl geçirgenlik için ise %5 sapmanın kabul edilebilir olduğu raporlanmıştır [10, 12].
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
Şekil 1. 900 Mhz İçin Hazırlanan Fantom İle IEEE 1528 Standartlarının Uyumu
3. Sonuç
Bu çalışma kapsamında 900 MHz frekans bölgesindeki hipertermia, dozimetri ve SAR hesaplamalarında
kullanılmak üzere bir beyin fantomu hazırlanmıştır. Toksin olmayan, ucuz kimyasallar kullanılarak hazırlanan
bu fantomun uzun süre bozulmadan kalabilmesi için koruyucu olarak bakterisid kullanılmıştır. Hazırlanan
fantomun IEEE 1528 standartlarıyla karşılaştırılmasıyla oldukça başarılı bir fantomun elde edildiği ve
hipertermia, dozimetri çalışmalarının yanı sıra SAR ölçümlerinde de kullanılabilecek bir fantom oluşturulmuştur.
4. Kaynaklar
[1] Özen Ş., Mikrodalga Frekanslı EM Radyasyona Maruz Kalan Biyolojik Dokularda Oluşan Isıl Etkinin Teorik
ve Deneysel İncelenmesi, Sakarya Üniversitesi, Elektronik A.B.D. Sakarya, 2003.
[2] Türkiye İlaç ve Tıbbi Cihaz Kurumu. Klinik Araştırmalar Hakkında Yönetmelik. Resmi Gazete Sayı: 28617,
2013.
[3] Cook H. F., “The Dielectric Behaviour of Some Types of Human Tissues at Microwave Frequencies”, British
Journal of Applicational Physics, 2, s. 295–300, 1951.
[4] England T. S. “Dielectric Properties of The Human Body for Wavelengths in The 1–10 cm Range”, Nature,
166, s. 480–481, 1950.
[5] Schwan H. P., Electrical Properties Measured with Alternating Currents; Body Tissues Handbook of
Biological Data Edition, W. B. Saunders, Philadelphia, Pa, USA, 1956.
[6] Spector W. S., Schwan H. P., “Electrical Characteristics of Tissues: A Survey”, Biophysik, 1, 1198–1208,
1963.
[7] Schwan H. P., Piersol G. M., “The Absorption of Electromagnetic Energy in Body Tissues”, American
Journal of Physical Medicine and Rehebilititaion, 33, 371-404, 1954.
[8]“IEEE Recommended Practice for Determining the Peak SpatialAverage Speciﬁc Absorption Rate (SAR) in
the Human Head from Wireless Communications Devices - Measurement Techniques” The Institute of
Electrical and Electronics Engineers, Inc., NewYork, USA, 2003.
[9]Hartsgrove G., Kraszewski A., Surowiec A. “Simulated Biological Materials for Electromagnetic Radiation
Absorption Studies”, Bioelectromagnetics, 8, s. 26-36, 1997.
[10]Kanda M. Y., Ballen, M., Chou, C., Balzano, Q. “Formulation and Characterization of Tissue Equivalent
Liquids Used for RF Densitometry and Dosimetry Measurements”, IEEE Transactions on Microwave
Theory And Techniques, 52, s. 2046-2056, 2004.
[11]Kanda M. Y., Ballen M., Chou C., Balzano Q., “Formulation and Characterization of Tissue Simulating
Liquids Used for SAR Measurement (500 - 2000 MHz)”, Asia-Pasific Radio Science Conference, 2001,
Tokyo, Japan, s 274.
[12] Gimm Y.M. “General Method of Formulating The Human Tissue Simulant Liquid for SAR Measurement”,
Emc International Symposium on Electromagnetic Compatibility. 2004, Netherland 2, s. 561-564.

Download Report