PL 215545 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 215545 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 385094 (22) Data zgłoszenia: 05.05.2008 (51) Int.Cl. G01N 33/48 (2006.01) A61B 5/05 (2006.01) G01R 29/08 (2006.01) A01K 1/03 (2006.01) (54) Sposób ekspozycji na pole elektromagnetyczne obiektów materialnych, zwłaszcza biologicznych i urządzenie do ekspozycji na pole elektromagnetyczne obiektów materialnych, zwłaszcza biologicznych (43) Zgłoszenie ogłoszono: 09.11.2009 BUP 23/09 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.12.2013 WUP 12/13 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL (72) Twórca(y) wynalazku: TOMASZ DŁUGOSZ, Bielsko-Biała, PL HUBERT TRZASKA, Wrocław, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Regina Kozłowska
2 PL 215 545 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób ekspozycji na pole elektromagnetyczne obiektów materialnych, zwłaszcza biologicznych i urządzenie do ekspozycji na pole elektromagnetyczne obiektów materialnych, zwłaszcza biologicznych przeznaczone do badania wrażliwości na działanie zewnętrznego pola elektromagnetycznego, zwłaszcza organizmów in vivo, wytwarzanego, w szczególności przez przenośne terminale komunikacji osobistej, jak na przykład radiotelefony, telefony komórkowe. Dotychczas znane sposoby ekspozycji na pole elektromagnetyczne polegają na tym, że obiekt w postaci żywego organizmu umieszcza się w polu elektromagnetycznym, które wytwarza antena terminalu. Sygnał wejściowy z terminala doprowadza się również do innych systemów ekspozycyjnych emitujących pole elektromagnetyczne, na przykład wykonanych w postaci falowodu. Znany ze stosowania układ do ekspozycji ma terminal, do którego podłączony jest system ekspozycyjny z anteną. Obiekty poddaje się napromieniowaniu polem elektromagnetycznym wielkiej częstotliwości, wytworzonym przez antenę lub falowód. Sposób ekspozycji na pole elektromagnetyczne i urządzenie do ekspozycji na pole elektromagnetyczne znane są z polskiego opisu patentowego nr PL 194 363. Sposób polega na tym, że obiekt poddaje się równocześnie oraz łącznie i/lub rozłącznie działaniu pola elektromagnetycznego wielkiej częstotliwości i działaniu pola magnetycznego małej częstotliwości, przy czym oba pola elektromagnetyczne i magnetyczne są ze sobą skojarzone tak, że charakterystyka sygnału przebiegu czasowego pola magnetycznego jest identyczna co do fazy i proporcjonalna do amplitudy pola elektromagnetycznego. Urządzenie charakteryzuje się tym, że sygnał wyjściowy z terminala jest doprowadzony do anteny osadzonej na ekranie w postaci płyty przewodzącej, korzystnie metalowej, jednocześnie sygnał z terminala poprzez detektor obwiedni i wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu, jest doprowadzany do co najmniej jednej anteny magnetycznej. W wariancie urządzenie charakteryzuje się tym, że sygnał wyjściowy z terminala doprowadzony jest przez sprzęgacz kierunkowy do linii transmisyjnej na końcu której jest obciążenie dopasowane, jednocześnie pomiędzy terminalem a linią transmisyjną są włączone detektor obwiedni ze wzmacniaczem o regulowanym wzmocnieniu, przy czym sygnał z detektora obwiedni podawany jest na wejście wzmacniacza. Badania wrażliwości materii, wytworów techniki i obiektów biologicznych na działanie pola elektromagnetycznego prowadzi się poddając badane obiekty zamierzonej ekspozycji na działanie pola, przy czym parametry tej ekspozycji powinny być dokładnie określone. Najpowszechniej stosowane sposoby ekspozycji polegają na poddaniu badanego obiektu promieniowaniu anteny, działaniu pola w kondensatorze płaskim lub w układzie falowodowym. Zwykle, zwłaszcza w badaniach biomedycznych, umieszcza się w polu tak liczną próbkę, jak to tylko możliwe, a na przykład w przypadku układu falowodowego moc pochłanianą przez poszczególne obiekty uznaje się za identyczną i wyznacza na podstawie bilansu mocy i podzieleniu mocy traconej w odcinku falowodu przez ilość obiektów. Podejście takie nie uwzględnia znacznych różnic w absorpcji energii elektromagnetycznej przez poszczególne obiekty i w rezultacie prowadzi do znacznych błędów pomiarowych. W publikacji Dlugosz T., Trzaska H.: Mutual Interactions in Bioelectromagnetics, The Environmentalist 2007 Nr 4, ss. 403-409, opisano błędy pomiarowe spowodowane istnieniem sprzężeń wzajemnych obiektów z układem ekspozycyjnym i sprzężeń pomiędzy obiektami, które to błędy mogą przekraczać 100%. Może to prowadzić do znacznych różnic w wynikach badań laboratoryjnych prowadzonych w różnych ośrodkach badawczych, mimo że badania te uznawane są za prowadzone w identycznych warunkach. Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że wprowadza się wymuszony rozkład badanych obiektów w przestrzeni występowania pola elektromagnetycznego eliminujący sprzężenia międzyobiektowe i jednocześnie eliminuje się efekty związane z odbiciami lustrzanymi poprzez określenie minimalnych odległości, ilość i rozmieszczenie badanych obiektów w układzie ekspozycyjnym. Minimalne odległości pomiędzy badanymi obiektami ich ilość i rozmieszczenie zależą ściśle od rodzaju i wielkości badanych obiektów oraz elementu elektronicznego emitującego pole elektromagnetyczne. Korzystnym jest, gdy badane obiekty rozmieszcza się w układzie ekspozycyjnym w postaci klatki wykonanej z materiału dielektrycznego i zawierającej co najmniej trzy komórki użyteczne, w których umieszcza się po jednym badanym obiekcie, natomiast sąsiadujące ze sobą komórki użyteczne izoluje się komórkami próżniowymi. Istota urządzenia według wynalazku polega na tym, że w polu elektromagnetycznym emitowanym przez wyjściowe elementy elektroniczne umieszczona jest klatka wykonana z materiału dielek-
PL 215 545 B1 3 trycznego zamknięta drzwiczkami również wykonanymi z materiału dielektrycznego. Klatka zawiera co najmniej trzy komórki użyteczne, pomiędzy którymi umieszczone są komórki próżniowe. Korzystnym jest, gdy wysokość i szerokość komórek próżniowych jest równa co najmniej połowie wysokości i połowie szerokości komórek użytecznych, przy czym łączna wysokość komórki próżniowej i wysokość komórki użytecznej jest co najmniej równa minimalnej odległości pomiędzy badanymi obiektami oraz łączna szerokość komórki próżniowej i szerokość komórki użytecznej jest co najmniej równa minimalnej odległości pomiędzy badanymi obiektami. Korzystnym jest, gdy klatka umieszczona jest centralnie w stosunku do wyjściowych elementów elektronicznych, przy czym odległość klatki od wyjściowych elementów elektronicznych jest równa co najmniej połowie wysokości komórek użytecznych, natomiast odległość klatki od krawędzi ścianek elementów elektronicznych jest równa co najmniej jednej szerokości komórki użytecznej. Korzystnym jest, gdy klatka z drzwiczkami są wykonane z płyt styropianowych. Zaletą wynalazku jest znaczne ograniczenie błędów w ocenie ekspozycji badanych obiektów w polu elektromagnetycznym wynoszącym do +/- 10%. Ponadto znacznie zmniejszenie sprzężeń między badanymi obiektami poprzez wymuszenie rozmieszczenia obiektów poddawanych ekspozycji, zwłaszcza w komórkach użytecznych klatki, wykonanej z materiału dielektrycznego o minimalnej stratności dielektrycznej. Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia klatkę do ekspozycji myszy, fig. 2 - układ do ekspozycji w polu elektromagnetycznym z elementem elektronicznym w postaci kondensatora płaskiego, fig. 3 - układ do ekspozycji w polu elektromagnetycznym z elementem elektronicznym w postaci symetrycznej linii paskowej, a fig. 4 - układ do ekspozycji w polu elektromagnetycznym z elementem elektronicznym w postaci anteny tubowej. P r z y k ł a d 1 Sposób ekspozycji na pole elektromagnetyczne obiektów materialnych, zwłaszcza biologicznych, polega na tym, że w przestrzeni pomiędzy elementami elektronicznymi EE emitującymi pole elektromagnetyczne wprowadza się wymuszony rozkład badanych obiektów poprzez określenie minimalnych odległości h. Minimalne odległości h pomiędzy badanymi obiektami ich ilość i rozmieszczenie zależą ściśle od rodzaju i wielkości badanych obiektów oraz elementu elektronicznego EE emitującego pole elektromagnetyczne. Badane obiekty rozmieszcza się w układzie ekspozycyjnym w postaci klatki KL wykonanej z materiału dielektrycznego i zawierającej trzy komórki użyteczne KU, w których umieszcza się po jednym badanym obiekcie, natomiast sąsiadujące ze sobą komórki użyteczne KU izoluje się komórkami próżniowymi KP. P r z y k ł a d 2 Urządzenie do ekspozycji na pole elektromagnetyczne obiektów materialnych, zwłaszcza biologicznych, wyposażone jest w układ elektroniczny zawierający na wyjściu element elektroniczny EE w postaci kondensatora płaskiego. W polu elektromagnetycznym emitowanym przez element elektroniczny EE umieszczona jest klatka KL wykonana z materiału dielektrycznego zamknięta drzwiczkami DR również wykonanymi z materiału dielektrycznego. Klatka KL ma dwadzieścia pięć komórek użytecznych KU, pomiędzy którymi umieszczone są komórki próżniowe KP. Wysokość i szerokość komórek próżniowych KP jest równa połowie wysokości i połowie szerokości komórek użytecznych KU, przy czym łączna wysokość komórki próżniowej KP i wysokość komórki użytecznej KU jest równa minimalnej odległości h pomiędzy badanymi obiektami oraz łączna szerokość komórki próżniowej KP i szerokość komórki użytecznej KU jest odległości h pomiędzy badanymi obiektami. Klatka KL umieszczona jest centralnie w stosunku do elektrod kondensatora EE, przy czym odległość klatki KL od elektrod kondensatora EE, jest równa wysokości komórek użytecznych KU, natomiast odległość klatki KL od krawędzi elektrod kondensatora EE, jest równa jednej szerokości komórki użytecznej KU. Klatka KL wykonana jest z cienkościennych płyt styropianowych o grubości 5 mm i zawiera komórki użyteczne KU o wymiarach 5x5x5 cm 3, które są oddzielone komórkami próżniowymi o szerokości 2 cm. Klatka KL ma podłogę i drzwiczki wykonane jak reszta klatki z cienkościennych płyt styropianowych. Podczas ekspozycji badane zwierzęta umieszcza się w komórkach użytecznych KU, a następnie całość umieszcza się w polu elektromagnetycznym. Wymiary kratek są dobrane do wymiarów badanych zwierząt tak, aby zwierzęta mogły się w nich swobodnie poruszać. Komórki próżniowe KP służą zminimalizowaniu oddziaływań wzajemnych między obiektami. Według oszacowań, przy odstępie międzyobiektowym równym 1/2 wymiaru obiektu wpływy te mogą być pominięte. Ilość klatek jest zależna od częstotliwości, na jakiej prowadzone są badania i rozmiarów układu ekspozycyjnego. Takie umieszczenie obiek-
4 PL 215 545 B1 tów zapewnia poddanie ich działaniu w miarę jednorodnego pola elektromagnetycznego, ogranicza wpływ oddziaływań wzajemnych między obiektami oraz wpływ okładek kondensatora na absorpcję energii przez poszczególne obiekty w rezultacie efektu odbić zwierciadlanych. Zgodnie z wynalazkiem w polu kondensatora, umieszcza się większą ilości klatek KL w jednej płaszczyźnie, wymaga to nie tylko zwiększenia rozmiarów kondensatora płaskiego, ale i powoduje ograniczenie częstotliwości maksymalnej, na jakiej układ może pracować. P r z y k ł a d 3 Urządzenie do ekspozycji na pole elektromagnetyczne obiektów materialnych, zwłaszcza biologicznych, wykonane jak w przykładzie drugim z tą różnicą, że elementem elektronicznym EE jest symetryczna linia paskowa. W tym przypadku możliwe jest umieszczenie w odcinku linii dwu klatek, po jednej z każdej strony przewodu środkowego linii, przy czym obowiązuje podobna zasada jak w przypadku kondensatora, dotycząca rozmiarów klatki w stosunku do przewodu środkowego linii. To znaczy klatka powinna być umieszczona symetrycznie w stosunku do przewodów linii, w odległości od przewodów równej 1/2 wysokości klatki i z zachowaniem odległości co najmniej jednej klatki od krawędzi przewodu środkowego - z każdej strony. Działanie układu jest tu podobne jak powyżej i mają miejsce identyczne ograniczenia. Natomiast przy takim sposobie ekspozycji można przyjąć za uprawnioną metodę oceny absorpcji przez poszczególne obiekty drogą wyznaczenia mocy traconej w linii podzielonej przez ilość eksponowanych obiektów. P r z y k ł a d 4 Urządzenie do ekspozycji na pole elektromagnetyczne obiektów materialnych, zwłaszcza biologicznych, wykonane jak w przykładzie drugim z tą różnicą, że układ do ekspozycji w polu elektromagnetycznym ma element elektroniczny EE w postaci anteny tubowej. Klatkę KL umieszcza się w osi promieniowania anteny tubowej, przy czym odległość klatki KL od powierzchni apertury anteny 1 odpowiada warunkom pola dalekiego, to znaczy spełnienia zależność 1 = 2D 2 /, gdzie: D - maksymalny wymiar apertury a - długość fali. Cała klatka KL leży w głównej wiązce promieniowania anteny celem zapewnienia równomiernego rozkładu pola na powierzchni klatki KL. Działanie układu jest podobne jak powyżej, przy czym nie ma tu sprzężeń z układem promieniującym, a jedynie sprzężenia wzajemne między obiektami eksponowanymi, co eliminuje proponowana klatka. Ponadto w celu ograniczenia oddziaływań pól rozproszonych dodatkowo stosuje się materiał pochłaniający umieszczony za badanym obiektem. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób ekspozycji na pole elektromagnetyczne obiektów materialnych, zwłaszcza biologicznych, emitowanego przez typowe elementy elektroniczne w postaci anteny, kondensatora płaskiego czy też odcinka prowadnicy falowej, znamienny tym, że wprowadza się wymuszony rozkład badanych obiektów w przestrzeni występowania pola elektromagnetycznego eliminujący sprzężenia międzyobiektowe, przy czym minimalne odległości (h) pomiędzy badanymi obiektami ich ilość i rozmieszczenie zależą ściśle od rodzaju i wielkości badanych obiektów oraz elementu elektronicznego (EE) emitującego pole elektromagnetyczne. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że badane obiekty rozmieszcza się w układzie ekspozycyjnym w postaci klatki (KL) wykonanej z materiału dielektrycznego i zawierającej co najmniej trzy komórki użyteczne (KU), w których umieszcza się po jednym badanym obiekcie, natomiast sąsiadujące ze sobą komórki użyteczne (KU) izoluje się komórkami próżniowymi (KP). 3. Urządzenie do ekspozycji na pole elektromagnetyczne obiektów materialnych, zwłaszcza biologicznych, wyposażone w układ elektroniczny zawierający na wyjściu elementy elektroniczne w postaci anteny, kondensatora płaskiego czy też odcinka prowadnicy falowej, znamienne tym, że w polu elektromagnetycznym emitowanym przez wyjściowe elementy elektroniczne (EE) umieszczona jest klatka (KL) wykonana z materiału dielektrycznego zamknięta drzwiczkami (DR) również wykonanymi z materiału dielektrycznego, przy czym klatka (KL) zawiera co najmniej trzy komórki użyteczne (KU), pomiędzy którymi umieszczone są komórki próżniowe (KP). 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że wysokość i szerokość komórek próżniowych (KP) jest równa co najmniej połowie wysokości i połowie szerokości komórek użytecznych (KU), przy czym łączna wysokość komórki próżniowej (KP) i wysokość komórki użytecznej (KU) jest co najmniej równa minimalnej odległości (h) pomiędzy badanymi obiektami oraz łączna szerokość komórki
PL 215 545 B1 5 próżniowej (KP) i szerokość komórki użytecznej (KU) jest co najmniej równa minimalnej odległości (h) pomiędzy badanymi obiektami. 5. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że klatka (KL) umieszczona jest centralnie w stosunku do wyjściowych elementów elektronicznych (EE), przy czym odległość klatki (KL) od wyjściowych elementów elektronicznych (EE) jest równa co najmniej połowie wysokości komórek użytecznych (KU), natomiast odległość klatki (KL) od krawędzi ścianek elementów elektronicznych (EE) jest równa co najmniej jednej szerokości komórki użytecznej (KU). 6. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że klatka (KL) z drzwiczkami (DR) są wykonane z płyt styropianowych. Rysunki
6 PL 215 545 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)