[논문]극저주파 자기장에 의한 인체 두부 및 복부에서의 와전류 해석

명성호; 김상범; 이동일; 한인수; 박종근

극저주파 자기장에 의한 인체 두부 및 복부에서의 와전류 해석
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명성호 (한국전기연구원) , 김상범 (전력연구원) , 이동일 (전력연구원) , 한인수 (서울대학교) , 박종근 (서울대학교)

본 논문에서는 인체 조직모델을 전기적 성질을 가지고 있는 정육면체 셀로 가정하여 각 인체조직을 Impedance Network로 모델링하여 Maxwell Equation을 간단한 Circuit Equation으로 전환하는 방법을 이용하여 인체 와전류를 계산하였다. 인체에 유도되는 와전류 해석 예로써는 인체의 두부 및 복부 단면 모델을 사용하여 각 조직의 전도도에 따른 조직에 유도되는 전류를 계산하였다.

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문제 정의

있다. 따라서 본 논문에서는 인체 조직모델을 전기적 성질을 가지고 있는 정육면체 셀로 가정하여 각 인체조직을 Impedance Network 로 모델링하여 Maxwell Equation을 간단한 Circuit Equation으로 전환하는 방법을 이용하여 유도 전류를 계산 하고자 한다,

제안 방법

1UT의 수직 평등 자계 분포하에서 인체 두부에 유기되는 와전류 밀도를 해석하였다. 해석 대상 모델은 그림 4와 같은 두부 단면을 사용하였으며 이때 Cell의 단면은 l/2inch 씩 나누었다.
U1T의 수직 평등 자계 분포하에서 인체 복부에 유기되는 와전류' 밀도를 해석하였다. 해석 대상 모델은 그림 2와 같이 간을 중심으로 한 복부 단면을 사용하였으며 이 때 Cell의 단면은 l/2inch 씩 나누었다.
본 연구에서는 Impedance Method를 적용하여 각 조직의 전도도에 따른 조직에 유도되는 전류를 계산하였다. 계산 결과 간을 중심으로 한 모델에서 전도도가 높은 Blood와 Kidney를 둘러싸고 있는 Muscle부분에서 전류밀도 값이 높게 나오고, Fat나 Bone같이 전도도가 낮은 모델에서는 전류밀도값이 낮게 나옴을 알 수 있었으며 조직 사이의 기하학적 배치에 따라서 전류밀도가 영향을 받았다.
적용 예로써 인체에 유도되는 와전류 해석 예로써는 인체의 두부 및 복부 단면 모델을 사용하여 각 조직의 전도도에 따른 조직에 유도되는 전류를 계산하였다.

대상 데이터

와전류' 밀도를 해석하였다. 해석 대상 모델은 그림 2와 같이 간을 중심으로 한 복부 단면을 사용하였으며 이 때 Cell의 단면은 l/2inch 씩 나누었다. 인체 복부에 위치하는 장기의 전도도는 다음 표 1을 사용하였다
와전류 밀도를 해석하였다. 해석 대상 모델은 그림 4와 같은 두부 단면을 사용하였으며 이때 Cell의 단면은 l/2inch 씩 나누었다. 인체 복부에 위치하는 장기의전도 도는 다음 표 2을 사용하였다

이론/모형

Step 1. 각각의 루프 전류를 SOR(Successive Over Relaxation) 방법으로 구한다.

성능/효과

계산 결과 간을 중심으로 한 모델에서 전도도가 높은 Blood와 Kidney를 둘러싸고 있는 Muscle부분에서 전류밀도 값이 높게 나오고, Fat나 Bone같이 전도도가 낮은 모델에서는 전류밀도값이 낮게 나옴을 알 수 있었으며 조직 사이의 기하학적 배치에 따라서 전류밀도가 영향을 받았다. 또한, 인체 두부 모델에서 수치적으로 구한 와전류 밀도의 최대값은 9.
계산 결과 간을 중심으로 한 모델에서 전도도가 높은 Blood와 Kidney를 둘러싸고 있는 Muscle부분에서 전류밀도 값이 높게 나오고, Fat나 Bone같이 전도도가 낮은 모델에서는 전류밀도값이 낮게 나옴을 알 수 있었으며 조직 사이의 기하학적 배치에 따라서 전류밀도가 영향을 받았다. 또한, 인체 두부 모델에서 수치적으로 구한 와전류 밀도의 최대값은 9.59시(T3[mA/m 로써 인체 눈 부분에서 와전류 밀도값이 크다는 것을 알 수 있는데 이는 눈의 전도도가 L66 [S/m]로써 다른 부분에 비해 크기 때문이며 또한, 혈액이 모여있는데 비강 부분에서도 와전류 밀도값이 큼을 알 수 있었다.
본 논문에서 사용한 간을 증심으로 한 단면에서는, 종앙 쪽에 Blood조직과 Kidney를 둘러싸고 있는 비교적 Kidnoy보다 전도도가 높은 Mils부분에서 와전류 밀도의 값이 크게 나옴을 알 수 있다. 그리고, 또한, 전도도가 낮은 바깥부분에서는 와전류 값이 작고, 안으로 갈수록 커짐을 알 수 있다.

후속연구

특성의 계산을 정확히 행하는 것은 모델화 에 한계가 있으며, 현재 3차원의 계산에는 이르렀으나* 이것은 각 장기의 특성(도전율)을 일정한 부분으로 분할 한 계산에 지나지 않는다. 향후 혈관과 조직의 막을 고 려한다면 전류분포는 바뀌게 될 것이다.

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