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【24h】

帯電人体からの過渡的接触電流による誘導電界のFDTD解析

机译:FDTD分析人体带电瞬时接触电流引起的感应电场

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摘要

Contact currents flow from/into a human body, when contacting an object such as a metal structure with a different electric potential due to electromagnetic field exposure, which should stimulate muscle and peripheral nerves. In this context, numerical analysis of electric fields induced by contact currents in a human body have been performed so far, while the effectiveness of computational methods for transient contact currents has not been investigated sufficiently. Therefore, further numerical analysis of induced quantities in specific tissues is required. In addition, a previous study reported that a threshold contact current in the child which elicits biological responses is lower than that in the adult. Thus, further investigation for human models with different dimensions is required. Our group analyzed the induced quantities in a Japanese adult male model due to transient contact currents from charged human body with the FDTD method. We considered Japanese adult female model and 3-year-old child model in addition to the adult model, and then analyzed the in-situ electric fields due to transient contact current from charged human body. As a result, it was found that the decay constant for contact current of the 3-year-old child model whose capacitance is low was higher than that of the adult models for the same charged voltage. It was also confirmed that in-situ electric field becomes large around the metal rod and small sectional area on the current path. In-situ electric fields of 3-year-old child model were found to be higher than that of the adult models, because cross-sectional area of the hand and forearm of child model does not change so much as compared to that of the adults.%接触電流は,電磁界曝露で電位ポテンシャルを持つ金属構造物に人体が接触したときに体内外へ流出入し,その際の体内誘導電流密度/電界が筋肉や末梢神経を刺激する恐れがある.こうした背景から,接触電流で体内に誘導される電流密度/電界に関する数値検討は行われているものの,報告例は十分ではない.また,特定組織における誘導量の更なる検討が求められている.加えて,接触電流による生体反応を引き起こす電流の閤値が成人に比べて子供の方が小さいとの報告もあり,異なる寸法の人体モデルに対する検討も求められる.筆者らの研究グループでは,日本人成人男性を対象とした解剖学的人体数値モデルを用いて,帯電人体からの過渡的な接触電流による体内誘導量のFDTD解析を行ってきた.本稿では,日本人成人男性モデルに加えて,日本人成人女性モデルおよび3歳小児モデルも解析の対象として,帯電人体からの過渡的な接触電流による誘導電界を解析した.解析の結果,同じ充電電圧による帯電人体からの接触電流は,人体容量の小さい3歳小児モデルが成人男女モデルに比べて減衰定数が大きいことがわかった.また,体内誘導電界は,金属棒付近および電流経路上の断面積の小さい箇所において大きくなることが確認できた.更に,3歳小児モデルにおける誘導電界は,成人男女モデルに比べて大きくなり,その主な理由は手から前腕部にかけて断面積の変化が小さいことが示唆された.
机译:当接触由于电磁场作用而具有不同电位的物体(例如金属结构)时,接触电流会从人体流入/流入人体,这会刺激肌肉和周围神经。在此背景下,迄今为止,已经对人体中的接触电流感应的电场进行了数值分析,而对于瞬态接触电流的计算方法的有效性尚未得到充分研究。因此,需要对特定组织中的诱导量进行进一步的数值分析。另外,先前的研究报道,引起生物反应的儿童中的阈值接触电流低于成人中的阈值接触电流。因此,需要进一步研究具有不同尺寸的人体模型。我们的小组使用FDTD方法分析了来自成年人体的瞬时接触电流导致的日本成年男性模型中的感应量。除了成人模型外,我们还考虑了日本成年女性模型和3岁儿童模型,然后分析了由于带电人体的瞬时接触电流导致的原位电场。结果,发现在相同的充电电压下,电容低的3岁儿童模型的接触电流的衰减常数高于成人模型的接触电流的衰减常数。还可以确认,金属棒周围的原位电场变大,电流路径上的截面面积变小。发现3岁儿童模型的原位电场高于成人模型,因为儿童模型的手和前臂的横截面积与成年人相比没有太大变化。%接触电流は,电磁界暴露で电位でンポテルを持を金属构造物に人体に接触したときに体内外へ连接入し,その际の体内感应电流密度/电界が筋肉や末梢神経を刺激経を恐れがこうした。こうした背景から,接触电流で体内に感应される电流密度/电界に关する数値検讨は行われているものの,报告例は十分ではない。また,特定组织における诱导量の更なる検讨が求められて加えて,接触电流による生体反応を引き起き电流の合値が成人に比べて子供の方が小さいとの报告もあり,异なる寸法の人体のデルに対する検讨に対する検求められる。笔者らの研究グループでは,日本人成人男性を対象とした解剖学的人体数値モデルを用いて,帯电人体からの过渡的な接触电流による体内感应量のFDTD解析を行ってきた。 ,日本人成人女性モデルおよび3歳小児モデルも解析の対象として,帯电人体からの过渡的な接触电流による感应电界を解析した。解析の结果,同じ充电电圧による帯电人体からの接触电流は,人体容量の小さい3歳小児モデルが成人男女のデルに比べて减衰定数が大きいことがわかった。に。更に,3歳小児モデルにおける感应电界は,成人男女モデルに比べて大きくなり,その主な理由は手から前腕部にかけて断面积の変化が小さいことが示唆された。

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