Uwarunkowania wykorzystania numerycznych modeli pracowników do oceny zagrożeń bezpośrednich wynikających z narażenia na pole elektromagnetyczne

Zradziński, P.

doi:10.5604/1231868X.1222127

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Uwarunkowania wykorzystania numerycznych modeli pracowników do oceny zagrożeń bezpośrednich wynikających z narażenia na pole elektromagnetyczne

Autorzy

Zradziński P.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.5604/1231868X.1222127

Warianty tytułu

Conditions of using numerical workers’ models while assessing direct hazards related to exposure to electromagnetic field

Języki publikacji

Abstrakty

W niniejszej publikacji przedstawiono możliwości wykorzystania numerycznych modeli ciała pracowników do oceny narażenia na pole elektromagnetyczne, zgodnie z wymaganiami zawartymi w dyrektywie 2013/35/UE i prawie pracy, które zapewniły jej wdrożenie w Polsce. Zaprezentowano wymagania dotyczące oceny biofizycznych skutków oddziaływania pola elektromagnetycznego na organizm człowieka (natężenie indukowanego pola elektrycznego, szybkość pochłaniania właściwego energii), kwalifikowanych w dyrektywie jako zagrożenia bezpośrednie. Na podstawie tych miar, określanych na drodze symulacji numerycznych, może być przeprowadzana analiza zgodności z limitami określonymi w dyrektywie. Przeprowadzenie symulacji numerycznych wymaga dobrej znajomości między innymi zagadnień falowych i specyfiki metod obliczeniowych, a ponadto parametrów analizowanego scenariusza narażenia pracownika w miejscu pracy. Są to jednak procesy kosztowne i czasochłonne, wykonywane jedynie przez wyspecjalizowane ośrodki naukowo-badawcze i z tych powodów zwykle nie dotyczą indywidualnych stanowisk pracy. W ocenie bezpośrednich zagrożeń wynikających z narażenia na pole elektromagnetyczne, w której wykorzystuje się symulacje numeryczne, konieczne jest użycie numerycznego modelu ciała pracownika. W opracowaniu scharakteryzowano zróżnicowanie wartości miar bezpośrednich skutków oddziaływania pola elektromagnetycznego w zależności od poszczególnych parametrów tych modeli, jak: parametry dielektryczne tkanek, pozycja ciała, warunki izolacji od podłoża, rozdzielczość przestrzenna modelu czy jego cechy antropometryczne. Największy wpływ na ocenę zagrożeń mają: warunki izolacji od podłoża, pozycja ciała i cechy antropometryczne (w badaniach zaobserwowano ponad 2-krotne różnice w obliczonych wartościach miar bezpośrednich skutków oddziaływania). Wykazano, że stosowanie do oceny miar bezpośrednich skutków narażenia pracowników na pole elektromagnetyczne, zgodnie z wymaganiami zawartymi w dyrektywie 2013/35/UE, jest ograniczone ze względu na parametry wielu wykorzystywanych dotychczas w badaniach naukowych numerycznych modeli ciała, jak: ograniczona (często szczątkowa) powierzchnia kontaktu z podłożem, zbyt mała rozdzielczość przestrzenna czy nierealistyczna pozycja ciała (wyprostowana z opuszczonymi kończynami górnymi). Istotne jest zatem prowadzenie dalszych badań w kierunku opracowania lepszych modeli numerycznych, a także działań zmierzających do uszczegółowienia i ujednolicenia wymagań odnośnie do modeli numerycznych stosowanych w ocenie omawianych skutków oddziaływania pola na pracowników. Natomiast z powodzeniem modele te mogą być wykorzystywane podczas analiz zależności poziomu zagrożeń elektromagnetycznych od warunków wykonywania pracy (np. od pozycji ciała czy odległości od źródła pola) lub parametrów źródła pola (np.: geometrii, częstotliwości, mocy emitowanego pola), wykorzystywanych w procesie tworzenia: zaleceń, norm lub wymagań prawnych odnoszących się do bezpieczeństwa pracowników w otoczeniu źródeł pola elektromagnetycznego.

This article discusses the possibility of using numerical workers’ body models when assessing exposure to electromagnetic fields in testing compliance with the requirements of Directive 2013/35/EU. The requirements related to assessing the biophysical effects of exposure to electromagnetic fields (internal electric field strength; specific energy absorption rate), qualified by the directive as direct hazards, were presented. A compliance analysis with the limits set out in the directive can be carried out on the basis of the values of these numerically calculated measures. Numerical simulation requires a good knowledge about electromagnetic theory, applied numerical method and the parameters of the analysed exposure scenario in the workplace. It is also an expensive, time-consuming process and can only be carried out by specialised research centres, usually not related to individual worksites. A key issue of numerical simulations used in assessments of direct hazards related to exposure to electromagnetic fields is the numerical human body model. This article discusses variability in the values of effects measures from particular parameters of the models, such as: the dielectric properties of body tissues, posture, insulating conditions, spatial resolution or anthropometric properties. Of these parameters, insulating conditions, posture and anthropometric properties had the greatest impact (more than 2-fold differences between the values of direct effects measures were observed). It was demonstrated that the parameters of most of the numerical human body models used so far as: limited (usually residual) surface with contact to the ground, to coarse spatial resolution, unrealistic posture (straight with lowered upper limbs), result in their use in assessing the direct effect in testing compliance with the requirements of Directive 2013/35/EU is limited. It is important to carry out research focused on the development of numerical human body models without such disadvantages, and also activities to specify in detail and to standardise requirements related to numerical models used when assessing the discussed effects. However, the models can be successfully used in relation analysis between hazards levels and working conditions (posture, distance from field source, etc.) or parameters of field source (geometry, frequency, emitted power, etc.) It is used in process of developing guidelines, standards or legal requirements related to workers’ safety in the vicinity of electromagnetic field sources.

Słowa kluczowe

symulacje numeryczne natężenie indukowanego pola elektrycznego szybkość pochłaniania właściwego energii Dyrektywa 2013/35/UE

numerical simulations internal electric field strength specific energy absorption rate Directive 2013/35/EU

Wydawca

Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy

Czasopismo

Podstawy i Metody Oceny Środowiska Pracy

Rocznik

2016

Tom

Nr 4 (90)

Strony

75--89

Opis fizyczny

Bibliogr. 50 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zradziński P.

pazra@ciop.pl

Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy 00-701 Warszawa ul. Czerniakowska 16

Bibliografia

1. Anzaldi G., Silva F.,Fernandez M.,Quilez M.,Riu P. J.(2007).Initial analysis of SAR from a cell phone inside a vehicle by numerical computation. IEEE Trans. Biomed. Eng. 54 (5), 921–30.
2. Christ A. Kainz W.,Hahn E.G. i in. (2010). The virtual family –developmnet of anatomical CAD models of two adults and two children for dosimetric simulations. Phys. Med. Biol. 55(2), N23–N38.
3. Conil E. Hadjem A.Lacroux F.,Wong M.F.,Wiart J.(2008).Variability analysis of SAR from 20 MHz to 2.4 GHz for different adult and child models using finite-difference time-domain. Phys. Med. Biol. 53(6), 1511–25.
4. Dimbylow PJ. (2005).Development of the female voxel phantom, NAOMI, and its application to cal-culations of induced current densities and electric fields from applied low frequency magnetic and electric fields. Phys. Med. Biol. 50(6), 1047–70. DOI: 10.1088/0031-9155/50/6/002.
5. Dimbylow P.,Bolch W.,Lee C.(2010).SAR calculations from 20 MHz to 6 GHz in the University of Florida newborn voxel phantom and their implications for dosimetry. Phys. Med. Biol. 55(5), 1519–30.
6. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2013/35/UE z dnia 26.06.2013 r. w sprawie minimalnych wymagań w zakresie ochrony zdrowia i bezpieczeństwa dotyczących narażenia pracowników na zagrożenia spowodowane czynnikami fizycznymi (polami elektromagnetycznymi). Dz. Urz. UE L 179/1.
7. El Habachi A.,Conil E.,Hadjem A. i in. (2010). Statistical analysis of whole-body absorption depending on anatomical human characteristics at a frequency of 2.1 GHz. Phys. Med. Biol. 55(7), 1875–1887.
8. Ferrari P.,Gualdrini G.(2005).An improved MCNP version of the NORMAN voxel phantom for dosimetry studies. Phys. Med. Biol. 50(18), 4299–316.
9. Findlay R.P.,Dimbylow P.J.(2005).Effects of posture on FDTD calculations of specific absorption rate in a voxel model of the human body.Phys. Med. Biol. 50(21), 3825–35.
10. Gabriel C.(1996).Compilation of the dielectric properties of body tissues at RF and microwave frequencies. Brooks Air Force Technical Report Patryk Zradziński88AL/OE-TR-1996-0037 [dostęp: http://niremf.ifac.cnr.it/docs/DIELECTRIC/Report.html].
11. Gandhi,O.P.,Chen,J.Y.(1992). Numerical Dosimetry at the Power-Line Frequencies Using Anatomically Based Models. Bioelectromagnetics, suppl.1, 43–60.
12. Gedliczka A. (2001). Atlas miar człowieka. Dane do projektowania i oceny ergonomicznej. Warszawa, Centralny Instytut Ochrony Pracy.
13. Gosselin M.C.,Christ A.,Kühn S.,Kuster N.(2009).Dependence of the occupational exposure to mobile phone base stations on the properties of the antenna and the human body. IEEE Trans.Electromagn. Compat. 51(2), 227–35.
14. Gosselin M.C.,Neufeld E.Moser H.,Huber E.,Farcito S.,Gerber L.,Jedensjo M.,Hilber I.,Gennaro F.D.,Lloyd B.,Cherubini E.,Szczerba D.,Kainz W.,Kuster N.(2014).Development of a new generation of high-resolution anatomical models for medical device evaluation: the Virtual Population 3.0. Phys. Med. Biol. 59(18), 5287–5303.
15. Hirata A.,Fujiwara O.,Nagaoka T.,Watanabe S.(2010).Estimation of whole-body average SAR in human models due to plane-wave exposure at resonance frequency. IEEE Trans. Electromagn. Compat. 52(1), 41–48.
16. Hirata A.,Y.,Fujiwara O.,Dovan T.,Kavet R.(2011).An electric field induced in the retina and brain at threshold magnetic fluxdensity causing magnetophosphenes. Phys. Med. Biol. 56(13),4091–101.
17.[https://cst.com].
18. [http://www.itis.ethz.ch/itis-for-health/virtual-population/human-models/].
19. [http://remcom.com/varipose].
20. [http://www.semcad.com].
21. [http://niremf.ifac.cnr.it/tissprop/htmlclie/htmlclie.htm#atsftag)].
22. ICNIRP, International Commission on Non-Ioniz-ing Radiation Protection (1998).Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 GHz). Health Physics. 74(4), 494–522.
23. ICNIRP, International Commission on Non-Ioniz-ing Radiation Protection (2010).Guidelines for Limiting Exposure to Time-Varying Electric and Magnetic Fields (1 Hz –100 kHz). Health Physics. 99(6), 818–836.
24. IEC 62232-2011. Determination of RF field strength and SAR in the vicinity of radio communication base stations for the purpose of evaluating human exposure. mInternational Electrotechnical Commission, Genewa 2011.
25. IEEE Std C95.6-2002. Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Electromagnetic Fields, 0 Hz to 3 kHz. Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, USA.
26.Karpowicz J.,Gryz K. Zradziński P.(2008).Zasady wykorzystania symulacji komputerowych do oceny zgodności z wymaganiami dyrektywy 2004/40/WE odnośnie do bezpieczeństwa i higieny pracy w polach elektromagnetycznych. Podstawy i Metody Oceny Środowiska Pracy. 4(58), 103–135.
27. Kashvari J.,Kashvari R.,Lang S.(2006).The effect of increase in dielectric values on specific absorption rate (SAR) in eye and head tissues following 900, 1800 and 2450 MHz radio frequency (RF) exposure. Phys. Med. Biol. 51(6), 1463–77.
28. KramerR.,. Vieira J.W.,KhouryH.J. i in.(2003). Allabout MAX: a male adult voxel phantom for Monte Carlo calculations in radiation protection dosimetry. Phys. Med. Biol. 48(10), 1239–62.
29. Laakso I.(2011).Uncetainty in computational RF dosimetry. Doctoral dissertations 3/2011. School of Electrical Engineering, Helsinki 2011.
30. Lee C.,Lee C.,Lee J.(2006). Development of the two Korean adult tomographic computational phantoms for organ dosimetry. Medical Physics.33(2), 380–390.
31. Nagaoka T.,Watanabe S.,Sakurai K. i in. (2004). Development of realistic high-resolution wholebody voxel models of Japanese adult males and females of average height and weight, and application of models to radio-frequency electromagnetic-field dosimetry. Phys. Med. Biol. 49(1), 1–15.
32. PN-EN 50444: 2010 –Norma podstawowa dotycząca oceny ekspozycji człowieka w polach elektromagnetycznych pochodzących od sprzętu do spawania łukowego i procesów pokrewnych. Warszawa, Polski Komitet Normalizacyjny.
33. PN-EN 50505: 2008 –Norma podstawowa do oceny ekspozycji człowieka na pola elektromagnetyczne pochodzące od sprzętu do zgrzewania rezystancyjnego i procesów pokrewnych. Warszawa, Polski Komitet Normalizacyjny.
34. Pontalti R.,Sandrini L.,Vaccari A.,Malacarne C.(2004).Body-district averaged-SAR in female and male subjects expose to RF plane wave. Biological Effects of EMFs 3rd International Workshop, Proceedings, Kos, Greece, 2004.10.4-8, 447–456.
35. Reilly P.J.(1998).Applied bioelectricity. From electrical stimulation to electropatholog.New York, Springer-Verlag Inc.
36. Rozporządzenie ministra rodziny, pracy i polityki społecznej z dnia 27 czerwca 2016 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. DzU 2016 r., poz. 952.
37. Rozporządzenieministra rodziny, pracy i polityki społecznej z dnia 29.06. 2016 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy pracach związanych z narażeniem na pole elektromagnetyczne. DzU 2016 r., poz. 950.
38. Sandrini L.,Vaccari A.,Malacarne S. i in. (2004). RF dosimetry: a comparison between power absorption of female and male numerical models from 0.1 to 4 GHz. Phys. Med. Biol.49(22), 5185–201.
39. Schmid G.,Boltz T.,Uberbacher R.,Escorihuela-Navarro A.,Bahr A.,Dorn H.(2012).Design and dosimetric analysis of a 385 MHz Tetra head expo-sure system for use in human provocation studies. Bioelectromagnetics. 33(7), 594–603.
40. Stuchly M.A.,Gandhi O.P.(2000).Inter-laboratory comparison of numerical dosimetry for human exposure to 60 Hz electric and magnetic fields.Bioelectromagnetics. 21, 167–174.
41. Uusitupa T.,Laakso I.,Ilvonen S.,Nikoskinen K. (2010).SAR variation study from 300 to 5000 MHz for 15 voxel models including different postures. Phys. Med. Biol. 55(4), 1157–76.
42. Vermeeren G.,Martens L.(2005).Assessment of the SAR for a walkie-talkie setup. BIOEM Abstract collection, 487–488.
43. Vermeeren G.,Wout J.,Martens L.,Preiner P.,Cecil S.,Mitrevski N.,Neubauer G.,Kuehn S.Kuster N.(2007).Of a PEC ground on the whole-body averaged SAR. Materiały EBEA 2007 The 8th Congress of The European Bioelectromagnetics Asso-ciacion, Bordeaux, Francja, 2007.04.10–13, P-52.
44. Wong M.F.,Dronne V.,Nicolas E.,Jacquin F.,Wiatr J.(2005).Influence of human body shape on EMF exposure at 100 MHz. BIOEM 2005, abstract collection, 492–493.
45. Xu X.G.,Chao T.C.,Bozkurt A.(2000).VIP-Man: an image-based whole-body adult male model constructed from color photographs of the Visible Human Project for multi-particle Monte Carlo calcula- tions. Health Physics 78(5), 476–486.
46. Zankl M.,Wittmann A.(2001).The adult male voxel model "Golem"segmented from whole-body CT patient data. Radiat. Environ. Biophys. 40, 153–162.
47. Zradziński P.(2013).The properties of human body phantoms used in calculations of electromagnetic fields exposure by wireless communication handsets or hand-operated industrial devices. Electromag. Biol. Med. 32(2), 226–235.
48. Zradziński P. (2015a).Difficulties in applying numerical simulations to an evaluation of occupational hazards caused by electromagnetic fields. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics (JOSE) 21, 2, 213–220.
49. Zradziński P.(2015b).The examination of virtual phantoms with respect to their involvement in a complance assessment against the limitations of electromagnetic hazards provided by European Directive 2013/35/EU. International Journal of Occupational Medicine and Environmental Health 28(5), 781–792.
50. Zradziński P.,Karpowicz J.,Gryz K.,Leszko W.(2014).Antropometryczne zróżnicowanie oddziaływania na pracownika radiofalowych pól elektromagnetycznych o częstotliwości100 MHz. Medycyna Pracy 65(3), 351–360.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-a58b1372-4f87-43cf-bf88-69d722223730