Etat de l art l. (RF et pulses) Philippe LEVEQUE, Delia ARNAUD-CORMOS. philippe.leveque@unilim.fr

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1 Etat de l art l en matière de dosimétrie expérimentale (RF et pulses) Philippe LEVEQUE, Delia ARNAUD-CORMOS XLIM, Université of Limoges - CNRS, Limoges, France Research conducted in the scope of the EBAM European Associated Laboratory (LEA) philippe.leveque@unilim.fr 3 avril 2012

2 Sommaire Introduction Dosimétrie Quelques exemples Les exigences d une bonne dosimétrie Signaux RF Signaux pulsés sonde Electro-optique Conclusion 2

3 Bioélectromagn lectromagnétismetisme - Contexte Du générateur à l analyse biologique, biophysique, biochimique Générateur nspef Système d expo Exposition de milieu biologique Caractérisation Electromag. / Dosimétrie Distribution champ E, DAS, de température Analyse Observe, analyse, diagnostic Imaging tools M-CARS 3

4 Dosimétrie des systèmes d expositiond 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 distribution de température T S.A.R. 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: σ E² ρ cdt dt DAS = DAS = DAS = J² ρσ 4

5 Sommaire Introduction Dosimétrie Quelques exemples Les exigences d une bonne dosimétrie Signaux RF Signaux pulsés sonde Electro-optique Conclusion 5

6 Systèmes d exposition d in vitro Tube à essai dans une cavité cylindrique Solution biologique (2.45 GHz, 37 C) er = 75 ;s = 2.85 S/m ; volume = 5 ml => 5 g r = 1000 kg/m3 estimation du DAS, cavité parfaitement adaptée DAS => 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 6

7 Systèmes d exposition d in vitro : dosimétrie Distribution de champ E Distribution de DAS Sans tube à essai Avec tube à essai E field, [ normalised] SAR, [ W/kg / W ] O max 7

8 Systèmes d exposition d in vitro : dosimétrie Mesure de température Point à point; Sonde Luxtron RF pulsé : 200 W, 2.3 s, 20 C to 37 C Temperature, C Temperature time, s Microwave top bottom 8

9 Systèmes d exposition d in vivo : dosimétrie Animal dans une cellule TEM Dispositif autour de 900 MHz Très forte variation du DAS => x10 suivant la position dans le cerveau 9

10 Sommaire Introduction Dosimétrie Quelques exemples Les exigences d une bonne dosimétrie Signaux RF Signaux pulsés sonde Electro-optique Conclusion 10

11 Dosimétrie 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 11

12 Sommaire Introduction Dosimétrie Quelques exemples Les exigences d une bonne dosimétrie Signaux RF Signaux pulsés sonde Electro-optique Conclusion 12

13 Champ électrique pulsé nspef nanoseconde Pulsed Electric Field Durée : nanosecondes Amplitude : 10 kv / mm Génération optoélectronique : flexibilité, ajustable, compacte microchip lasers v(t), V monopolar 2.4 ns monopolar 1.5 ns bipolar 3.3 ns time, ns 13

14 Champ électrique pulsé : dispositif 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) 1/100 USC- LA M. Kenaan, et al., Biomedical Engineering, IEEE Trans. on, vol. 58, pp , D. Arnaud-Cormos, Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, 58(6), pp June

15 Champ électrique pulsé : mesure Haute tension FiD Technologies 10 ns Horus bipolar pulse 15

16 Sonde de champ électrique Mesures simultanées Variation de température (max. sampling rate : 100 Hz) Une composante de champ électrique (E > MV/m) moyenne le long du crystal 16

17 Sonde de champ électrique Sonde EO nspef temperature pulses 3 ns, 1.6 kv / 4 mm E-field = 400 kv/m 1 khz, 120 s nspef T sonde EO probe dans la cuvette Champ E obtenu à partir de la measure de la tension 17

18 Conclusion 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 18

19 Remerciements 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 19