Bioelectromagnetismo

26-01-2023 | Publicado por Joaquín Martí

El bioelectromagnetismo se ocupa de la interacción entre los campos electromagnéticos (EM) y el cuerpo humano. Es un tema clave para múltiples dispositivos de diagnóstico y tratamiento médicos. Las normas de seguridad también obligan a considerarlo en relación con muchos otros productos, desde teléfonos móviles a coches eléctricos. El cuerpo humano es complejo y las características EM y térmicas de sus materiales son muy variadas, lo que requiere herramientas especializadas de simulación. Este post está adaptado de otro de Dassault Systèmes (DS).

CST Studio Suite, que es la herramienta de simulación EM, junto con otras de simulación multifísica de la familia SIMULIA de DS, es ideal para hacer frente a estos problemas. Potentes herramientas de diseño y modelos realistas del material son capaces de incorporar los detalles, tanto de los dispositivos electrónicos como del cuerpo humano. Y solvers de altas prestaciones pueden simular los campos EM en el complejo entorno del organismo con rapidez y precisión.

La complejidad del cuerpo humano conlleva modelos de simulación muy detallados. El software de SIMULIA permite usar modelos tanto de polígonos como de voxels para generar escenarios realistas.

Cuenta con una colección de modelos representativos de distintos tipos de cuerpo humano para la simulación. Incluye modelos termo-biológicos, que incorporan efectos termorreguladores como el flujo sanguíneo y el calor metabólico, para simular cómo los campos EM calientan el cuerpo. 

En medicina

Muchos dispositivos médicos, tales como los de resonancia magnética nuclear (RMN), microondas y diatermia, hacen uso de campos EM. Por ejemplo, el diseño de un escáner de RMN de alta resolución precisa tener en cuenta los múltiples campos EM superpuestos, con frecuencias muy variables, desde el campo magnético estático a los pulsos de radiofrecuencia (RF), así como su compleja interacción con las moléculas del organismo.

La simulación EM modeliza la propagación de las ondas en el organismo y su interacción con los tejidos, tanto si se trata de un efecto terapéutico buscado como si es sólo un efecto colateral.

Ingenieros y médicos pueden usar sus resultados para entender la absorción de energía por el organismo y para validar diseños de dispositivos y protocolos de tratamiento. Pueden por ejemplo verificar la seguridad de un marcapasos bajo la acción de un escáner, o calcular el calentamiento resultante y el nivel de potencia seguro en una sesión de diatermia por RF.

La solución de SIMULIA para la RMN modeliza las distintas bobinas y sus circuitos de control, además del paciente, para desarrollar una simulación completa del proceso de escaneado. Esto ayuda al técnico a calibrar el sistema para optimizar la producción de imágenes teniendo en cuenta el organismo en cuestión.

En equipos industriales y tecnológicos

Las ondas EM con frecuencias de radio o microondas pueden ser reflejadas, refractadas y absorbidas por el organismo. Esto afecta a las prestaciones de dispositivos portátiles, como teléfonos o relojes inteligentes, en los que la posición exacta de la mano puede afectar significativamente a las prestaciones de la antena.

Por otra parte, la normativa de seguridad limita la exposición a RF asociada a muchos dispositivos de consumo o industriales. Esto suele cuantificarse con la Tasa de Absorción Específica (SAR), que mide la potencia absorbida por el organismo. Otros equipos, tales como transmisores de alta potencia o radares, están también sometidos a indicadores similares; y también se estudia la exposición humana a campos de baja frecuencia cerca de líneas de transporte y puntos de recarga inalámbrica.

Es por tanto posible simular las prestaciones de un dispositivo en las proximidades del cuerpo humano y mitigar los posibles problemas antes de proceder a un prototipo, minimizando así los futuros riesgos. Los indicadores clave, tales como la SAR, se determinan y cualquier violación de los límites establecidos aparece automáticamente.