Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Philippe LEVEQUE, Delia ARNAUDPhilippe LEVEQUE, Delia ARNAUD --CORMOSCORMOS
XLIM, XLIM, UniversitUniversit éé of Limoges of Limoges -- CNRS, Limoges, FranceCNRS, Limoges, France
Research conducted in the scope of the EBAM European Associated Laboratory (LEA)
[email protected]@unilim.fr
3 avril 2012
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
Etat de lEtat de l’’art en matiart en matièère de re de dosimdosiméétrie exptrie expéérimentale rimentale
(RF et pulses)(RF et pulses)
2
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
SommaireSommaire
Introduction
Dosimétrie
– Quelques exemples
– Les exigences d’une bonne dosimétrie
Signaux RF
Signaux pulsés
– sonde Electro-optique
Conclusion
3
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
BioBioéélectromagnlectromagnéétismetisme -- ContexteContexte
Du générateur à l’analyse biologique, biophysique, biochimique
Imaging tools
M-CARS
Générateur
nsPEF
Caractérisation Electromag./ Dosimétrie
Distribution champ E, DAS, de température
Système d’expo
Exposition demilieu biologique
Analyse
Observe, analyse, diagnostic
4
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
DosimDosiméétrie des systtrie des systèèmes dmes d’’expositionexposition
les systèmes d’exposition in vivo et in vitro doivent être bien controlés.=> => SIMULATION NUMÉRIQUE et MESURE
Dosimétrie est basée sur les déterminations de grandeurs électromagnétique et thermique.
Détermination •••• distribution de champ électromagnétique E, H, P•••• distribution de DAS S.A.R.•••• distribution de température T°
L’absorption spécifique de l’énergie (AS) est définie comme l’énergie absorbée par unité de masse de tissus biologiques (J/kg).
Le débit d’absorption spécifique (DAS) de l'énergie moyennée sur l’ensemble du corps ou sur une partie quelconque du corps, est définie comme étant le débit avec lequel l’énergie est absorbée par unité de masse de tissu biologique et elle est exprimée en watts par kilogramme (W/kg). Le DAS peut être calculé en utilisant l'une des trois relations suivantes:
DAS = DAS = DAS = ρρρρσσσσ ²E
dtcdT
ρσρσρσρσ²J
5
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
SommaireSommaire
Introduction
Dosimétrie
– Quelques exemples
– Les exigences d’une bonne dosimétrie
Signaux RF
Signaux pulsés
– sonde Electro-optique
Conclusion
6
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
SystSystèèmes dmes d’’exposition in vitroexposition in vitro
Tube à essai dans une cavité cylindrique Solution biologique (2.45 GHz, 37°C)
er = 75 ;s = 2.85 S/m ; r = 1000 kg/m3
volume = 5 mL => 5 g
estimation du DAS, cavité parfaitement adaptéeDAS => 1 W for 5 g => 200 W/kgDAS => 1 W for 5 g => 200 W/kg
Distribution du champ E et DAS dans le tube à essai ??
Simulation : Méthode FDTD (1 x 1 x 1 mm)Excitation : guide d’onde rectangulaire
7
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
SystSystèèmes dmes d’’exposition in vitro : dosimexposition in vitro : dosiméétrietrie
maxmaxOO
Distribution de champ EDistribution de champ E
Sans tube Sans tube àà essaiessai Avec tube Avec tube àà essaiessai
Distribution de DASDistribution de DAS
SAR, [ W/kg / W ]E field, [ normalised]
8
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
SystSystèèmes dmes d’’exposition in vitro : dosimexposition in vitro : dosiméétrietrie
Mesure de température– Point à point; Sonde Luxtron
RF pulsé : 200 W, 2.3 s, 20°C to 37° C
top
bottom
0 50 100 150 200 250 3002022242628303234363840
time, s
Tem
pera
ture
, °C
Microwave
Temperature
9
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
SystSystèèmes dmes d’’exposition in vivo : dosimexposition in vivo : dosiméétrietrie
Animal dans une cellule TEM– Dispositif autour de 900 MHz
– Très forte variation du DAS => x10 suivant la position dans le cerveau
10
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
SommaireSommaire
Introduction
Dosimétrie
– Quelques exemples
– Les exigences d’une bonne dosimétrie
Signaux RF
Signaux pulsés
– sonde Electro-optique
Conclusion
11
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
DosimDosiméétrie RFtrie RF
Sondes– Exposition des personnes– Caractérisation des systèmes d’expositions
Sondes de champ électrique et DAS– Miniatures, transparentes aux ondes électromagnétiques– Généralement basé sur un système de redressement (diode)– Sensibilité,
• typiquement inférieur au mW/kg pour le DAS
Sondes de mesure de température– Miniatures, transparentes aux ondes électromagnétiques– Sonde Luxtron, Vitek– Sensibilité
• 1/10 au 1/100 de °K– Fréquence d’acquisition le plus élevé possible
12
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
SommaireSommaire
Introduction
Dosimétrie
– Quelques exemples
– Les exigences d’une bonne dosimétrie
Signaux RF
Signaux pulsés
– sonde Electro-optique
Conclusion
13
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
Champ Champ éélectriquelectrique pulspulséé
nsPEF – nanoseconde Pulsed Electric Field– Durée : nanosecondes– Amplitude : 10 kV / mm
Génération optoélectronique : – flexibilité, ajustable, compacte
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
time, ns
v(t),
Vmonopolar 2.4 ns
monopolar 1.5 nsbipolar 3.3 ns
microchip lasers
14
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
Système d’exposition– Générateur (10 Ω, 50 Ω)– Tap off, 100:1 ratio– Sonde haute tension (6 GHz), 20:1 ratio– Oscilloscope monocoup (12 GHz)
Champ Champ éélectrique pulslectrique pulséé : dispositif: dispositif
M. Kenaan, et al., Biomedical Engineering, IEEE Trans. on, vol. 58, pp. 207-214, 2011.D. Arnaud-Cormos, Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, 58(6), pp. 1656-1662. June 2011
1/1001/100
USCUSC-- LALA
15
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
Haute tension
FiDFiD Technologies Technologies –– 10 ns10 ns HorusHorus –– bipolar pulsebipolar pulse
Champ Champ éélectrique pulslectrique pulséé : mesure: mesure
16
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
SondeSonde de champ de champ éélectriquelectrique
Mesures simultanées– Variation de température (max. sampling rate : 100 Hz) – Une composante de champ électrique (E > MV/m)
• moyenne le long du crystal
17
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
SondeSonde de champ de champ éélectriquelectrique
______ sonde EO probe dans la cuvette
______ Champ E obtenu à partir dela measure de la tension
Sonde EO– nsPEF– temperature
nsPEF
T°
120 000 pulses
3 ns, 1.6 kV / 4 mm
E-field = 400 kV/m
1 kHz, 120 s
18
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
Besoin d’une dosimétrie expérimentale – La plus précise possible
– Basée sur la mesure du champ électrique ou/et de la température
– Complétée par une dosimétrie numérique
Signaux RF– Systèmes commerciaux disponibles
Signaux pulsés– Nouveau type de sonde
ConclusionConclusion
19
i n s t i t u t d e r e c h e r c h e
RemerciementsRemerciements
Contributions– Delia Arnaud-Cormos, Vincent Couderc, Philippe Leproux– PhD student: Mohamad Kenaan, Saad El Amari,
Nicolas Ticaud, Sophie Kohler– PostDoc: Caterina Merla
Collaborations
Compagnies Support– Horus Laser - Fondation Santé et Radiofréquence
– Kapteos -
Merci de votre attention