ELEKTROMAGNETİK DALGALAR VE İNSAN SAĞLIĞI

Kemal ÖZMEHMET

ÖZET

Bu makalede emd ile aydınlatılmış insan vücudunun güç soğurması, bu soğurmanın doku özellikleri ve frekansla değişimi incelenmiştir. Sağlıklı ve sağlıksız dokuların dielektrik ve ısı aktarımı özellikleri farklılıklarından yararlanılarak kanser teşhisi ve tedavisinde kullanılışı gösterilmiştir.

Emd yan etkileri ve bunlardan insanları korumak için bazı ülkelerin koyduğu emd aydınlatma smtr koşulları verilmiştir.

1. GİRİŞ

Endüstriyel, tıbbi, bilimsel araştırmalar ve evlerde kulla nılan aygıtlar; iletişim, rf yayın, enerji üretimi ve iletim sistemleri, radar, izleme ve askeri amaçlı sistemlerle doğa olayları çevremize elektromagnetik dalgalar (emd) yay maktadırlar. Günümüzde sayılan ve güçleri hızla artan bu sistemlerin çevreye yaydığı emd gücü de artmakta ve çevreyi kirletmektedir. Bu ortamlarda bulunan insanların soğurduğu elektromagnetik enerji de vücutta ısıl ve ısıl olmayan etkilere neden olmaktadır.

Y an etkilere karşın emd tıpta teşhis ve tedavi için de kullanılmaktadır. Bu yaklaşımlarda insan dokularının elektromagnetik özelliklerinin farklılıklarından yararla nılmaktadır t i 7 ] .

Bu makalede insan vücudunun; elektromagnetik enerji soğurmasının ve bu soğurmanın frekansa bağımlılığı, elektromagnetik özellikleri; emd'in teşhis ve tedavide kullanımları ve insan sağlığına yan etkileri özetlene cektir.

Ayrıca insan sağlığı ile ilgili araştırmalarda emd kulla nımı ve ülkemizde giderek artan elektromagnetik çevre kirliliğinin çalışma ortamlarında sınır koşullarının sap tanması için önerilerde bulunulacaktır.

2. ELEKTROMAGNETİK DALGALARIN SOĞURULMASI

Herhangi bir ortamda birim hacim içinde soğurulan güç

p = — o | E|2 2

(2.1)

şeklinde verilmiştir Burada o ortamının tüm kayıplarını

içeren etkin iletkenliği ve E de ortamdaki elektrik alan şiddetinin tepe değeridir.

İnsan vücudunun soğurduğu elektromagnetik enerji (2.1) kullanılarak hesaplanabilir. Soğurulan güç birimi SAR' dır. SAR insan vücudunun birim ağırlığının soğurduğu güçtür, yani SAR = soğurulan güç/vücut ağırlığı. Tüm vücut için ortalama SAR ve vücut kısımları için bölgesel SAR'lar hesaplanır [ 8 ] .

o o t _ c\

\1

C(N

TO "~

O1

frekans MHz

ŞEKİL 2.1. lmW/cm2 güç ile aydınlatılan 1.70 m ve 70 kg ağırlığındaki bu şahsın ortalama SAR/frekans özelliği.

Şekil 2.1'de 1 mW /cm2>lik bir emd. gücü ile aydınlatılan serbest uzaydaki bir insanın ortalama SAR değerlerinin frekansa bağımlılığı verilmiştir. Elektrik alan doğrultu sunun vücudun en uzun olduğu yöne yöneltilmiş olup en yüksek soğurmanın yaklaşık olarak 70MHz'de olduğu görülür. Bu bir rezonans olayıdır ve rezonans frekansı da

f r = 0.47 C/h

(2.2)

den elde edilir. Burada C ışık hızı ve h de insanın boyu

dur.

İletken bir düzlemde duran bir insanın rezonans frekansı nın ise daha düşük değerlerde olduğu saptanmıştır. İlginç bir durum ise iletken düzlemden 5 7 sm ayrıklık bile ser best uıay koşulları sonucunu verir. Ayrıca çalışılan frekans f > 2 fr ise iletken düzlemin olup olmaması yine serbest uzay sonuçlarını verir [1 0 ].

Bölgesel SAR'lar ise daha gerçekçi bir sonuç vermekte dir. Şekil 2.2'de farklı koşullarda bölgesel SAR'ların değişimi ve insan vücudunun yüksek soğurma dolayısıyla yüksek ısı odaklarının ortaya çıktığı görülebilir [1 0 ].

] fos)

»* 13 Tı'A'/c rn

İ,:j Y ff)

1 = 0.41 X c

ı o' ' ıo1 ıo! ıc' ıo* ıo5 ıo' i r ' ıo' o ' »"

frekans Mz

ŞEKİL 3.1 Kas tipi bir dokunun EJ ve (7'sının frekansa bağım lüığı (4).

4. ELEKTROMAGNETİK DALGALARIN TIPTA KULLANIMI

Emd'ın ısıl ve ısıl olmayan özelliklerinden yararlanılır. Bunlar hem teşhiste hem de tedavide kullanılmaktadır. 4.1. Fizik Tedavi

27,432,915,2450 MHz'de çalıştırılan ve emd'ın ısıtma özelliğinden yararlanan diatermi aygıtları ile tedavi yapıl maktadır. Dokuda ısının artması kan dolaşımının ve hücreler arası zarın geçirgenliğinin artmasına neden olur. Bu da sağlıksız ya da yararlı dokuların iyileşmesini sağlamaktadır. Ayrıca ısı adale gevşemelerine ve eklem sertliklerinin giderilmesine neden olduğunda ağrılar yok olur.

ŞEKİL 2.2 Rezonans frekansında bölgesel SAR'lar 10 Serbest uzay, 11 A/8 uzaklıkta iletken yan sıtıcı 12 3 / 2 \ uzaklıkta 90°1i iletken yansıtıcı

3. İNSAN DOKULARININ ELEKTROMAGNETİK ÖZELLİKLERİ

Dokuların elektromagnetik özellikleri emd.'la etkileşi mini vermektedir. Bu özellikler bağıl magnetik değiş mezi Pr ve bağıl dielektrik değişmezi Er'dır. insan doku larında ^r yaklaşık olarak birdir. Dielektrik değişmezi ise tFf = tEr ' — f TEtr" olarak verilmiş olup E> enerji depolama, Ef ise enerji soğurma özelliklerini vermektedir. Doku iletkenliği eşitliği ile verilmiştir. EQ serbest uzay dielektrik değiş mezidir, insan dokuları su içeriği ve kimyasal yapıya göre değişik Er ve değerleri almaktadır [ 1 , 2 ] , [ 4 ] , [11 ]. Şekil 3.1'de kas tipi bir dokunun Efvea'stnın frekansla değişimi verilmiştir. Y üksek a değerlerinde emd'ın doku derinliğine girme özelliğinin azaldığı unutulmamalıdır. Doku dielektrik özelliklerini inceleyerek emd'la doku etkileşim mekanizması ve sağlıklı sağlıksız dokular sap tanabilmektedir.

4.2. Kanser Teşhisi ve Tedavisi

Kanserli dokuların sağlıklı dokulara oranla daha fazla su tutma ve daha yüksek dielektrik özellikleri vardır. Ayrıca kanserli bölgeyi kan damarları normale oranla daha az besler. Bundan dolayı bu bölgede sıcaklık sağlıklı böl geye göre bir derece kadar daha yüksektir [1,2 ], [ 4 7 ] .

Teşhiste mikrodalga frekanslarında çalışan radyometre ler kullanılarak bu yüksek sıcaklıktaki kanserli bölgeler tespit edilebilir [ 6 ]

Kanserli dokuları yok etmek için ise bu bölgeleri 4 2 45°C aralığında bir sıcaklıkta belirli bir süre tutmak yeterli olmaktadır. Kanserli dokunun sağlıklı dokuya oranla daha yüksek a'sı olduğundan ve kan yoluyla ısı aktarımı yeterince yapılamadığından, bu bölgeyi odakla nabilen ve yeterli derinliğe inebilen emd kullanarak ısıtılabilir [6, 7].

Y ukarıdaki teşhiste yalnız metabolizmanın yarattığı sıcaklık farkından yararlanıldı. Daha hassas bir yöntem ise bölge, alıcıdan farklı bir frekansta, emd ile aydınla tılan kanserli bölgenin sıcaklığı artırılarak daha kesin teşhis yapılabilir [ 7 ] .

4.3. ladan Yararlanmayan Kullanımlar

Düşük seviye ve derine girebilen frekanslarda (< 1 GHz) emd'ın yansıma ve ya da iletim özelliklerinden yararla

nılarak sürekli olarak, solunumun izlenmesi, akciğerde su toplanması ve doppler radar tekniği ile kanın damarların daki akışını ve tıkanıklığı izleyerek yerinin tesbiti çalış malarında, vücut titreşimlerinin tesbitinde kullanılmış lardır [ 3 ] , [12 j.

5. ELEKTROMAGNETİK DALGALARIN YAN ETKİLERİ

Günümüzde emd yayın aygıtlarının giderek yaygınlaş ması ve güçlerinin artması insanların yüksek dozda elektro magnetik ya da elektromagnetik güç soğurmasına neden ol maktadır. İnsan vücudu farklı elektriksel dokulardan oluş t uğu için (2.1)'den de görüleceği gibi f arklı bölgeler emd gü cü soğuracaktır.Dolayısıyla yüksek sıcaklıkta odaklar ve ısı mekanizmasının yetersizliği karşısında yanıklar, ağrı hissi ve metabolizma bozuklukları görülecektir. Özellikle kesit alanları küçük olan bölgeler bu odaklardır. Boyun bun lardan biridir ve yüksek sıcaklıkta hayati tehlike vardır. Diğer bir örnek ise 3 8 0 M Hz' de rezrnansa giren ve bu frekansta ışınlandır ılırsa öldürücü sonuçlar verebilen APT enzimleridir.

Ayrıca ısı akt arımı az olan gözde katarakt görülür [ 1 3 ] .

Düşük dozlardaki emd ışınlandırmaları ise insan vü cudunda fizyolojik etkilere neden olmaktadır, örneğin bağışıklık bozuklukları, duyma, görme ve kan basıncı değişiklikleri izlenmektedir.

Y aşanılan ortamlarda insan vücudunun soğurluğu emd gücünün kesin olarak bilinmeri mümkün değildir. Çünkü yansımalar, kırılmalar ve saçılmalar çevreye yayılsın gücü etkilemekledir. Birçok ülkede çalışılan ortamlarda elektro magnetik çevre kirliliğini belirli sınırlarda tutmak için standardlar geliştirilmiştir, örneğin ABD'de ANSI 9 5. 1 1 982'ye göre insan vücudunun en yüksek soğurma bandı olan 3 0 3 0 0 M Hz ' d e aydınlat ma gücü 1 mW /sm'dir. Sovyetlerde ise mikrodalga frekanslarında 10 f i W /s m 2' den büyük olmaması gerekiyor.

6. BÖLÜM ÇALIŞMALARI

Bölüm içi çalışmalarımızda elektromagnetik çevre kirli liğini ölçen düzenler geliştirmekteyiz. İlk denememiz 5 0 2 0 0 M Hz bandında yapılmış olup olumlu sonuçlar alınmıştır.

Teşhis ve tedavi alanında SSK Ankara Hastanesi Çocuk Kliniği ve Kan Merkezi ile y apt ığımız çalışmalarda ise yüksek su içeren dokuların elektriksel, biyokimyasal ve bakteriyolojik özelliklerin saptanmışı üzerine eğilmiş bulunuyoruz. Ayrıca kanserli bölgelerin taranması ve ışınlandırılması içinde huzme tartmalı mikroşerit anten ler geliştirilmektedir.

7. SONUÇ VE ÖNERİLER Elektromagnetik dalgaların insan sağlığında önemli bir yeri vardır. İnsan vücudunun ürettiği elektromagnetik dalgalar vardır. Aydınlatma ile bu iç emd'ın etkileşimi

ve etkileşim seviyesi ilerki yıllarda insan vücudunun dış tan etkilenmesi ve izlenmesini sağlayacaktır. Dolayısıyla çalışılan ortamlardaki emd aydınlat ma gücü sürekli ola rak izlenmelidir. Gerekli yerlerde seviye düşüren yutu cular kullanılmalıdır.

Teşhis ve tedavide ise X ışınlarının sakıncaları, Ult ra sound sistemlerinin yetersizliklerine karşın değişik frekanslarda kullanılan emd aygıtlarının tıpta daha yaygın bir şekilde kullanılacağından araştırmalarımıza ağırlık vermeliyiz.

Giderek artan kullanımdan ötürü çevre kirliliğinin art ması ülkemizde de emd aydınlatma dozu sınırı getirilme sini gerektirmektedir.

8. KAYNAKLAR

1. J.L. Schepps and K.R. Foster, The UHF and Microvveve

Dielectric Properties of Normal and Tumour Tissucs Phys.

Med. Biol. Vol. 25. PP 1149 1159. 1980.

2. R. Pethig, Dielectric Properties of Biological Materials:

Biophysical and Medical Applications, IEEE Trans. Vol

El 19, PP 423 424. 1984.

'

3. P.C. Pederson, et al. Microwave Reflection and Trans mission Measurements for Pulmumary Diagnosing and Monitoring. IEEE Trans. Vol BME 25, PP 40 48, 1978.

4. H.P. Schvvan and K.R. Foster, RF Field Interactions VVith Biological System: Electirical Properties and Biophysical Mechanisms, Proc IEEE Vol 68, PR 104 113, 1980.

5. Kun Mu Cheh and B.S. GUTU, Focal hyperthermig as induced by R.F. radiation of simulacra vvith embedded tumors and as induced by EM fidds in a model of hu man body, Racho Science, Vol 12, PP 27 37/46, 1977.

6. R. Raslione, et al. 27 MHz Ridged YV'aveguide Applicators for Localized Hyperthermia Treatment of Deep Seated Maligmant Tumors, Microvvave Journal, PP 71 80, Feb

1Q81

7. K.B. Carr, A.M. EL Mahdi and J. Shaeffer, Passice Micro vvave Thermography coupled vvith Microvvave Heating to Enhance Early Detection of Cancer, Microvvave Joumal, PP 123 136, May 1982.

8. K. özmehmet ve A. Akyokuş, Çevreye Yayüan (30.000 MHz'e kadar olan) Elektromagnetik Dalgaların Canlılar Üzerine Etkileri, Ankara Oniv. Tıp Fakültesi Mecmuası, Ok 34, SS 317 324, 1981.

9. C.H. Durney, Electromagnetic Do sime t ry for Modds of Humans and Animals, Proc. IEEE. Vol. 68, PP. 33 39,1980.

10. O.P. Candai, State of the Knovvledge for Electromagnetic Absorbed Dose in Man and Animals, Proc IEEE Vol. 68, PP 24 32, 1980.

11. M. A. Stuchly and S.S. Stuchly, Dielectric Properties of Biological Substances Tabulated, Joumal of Microvvave Povver Vol. 15. PP 19 26, 1980.

12. D.W. Griffin, Microvvave Interferometers for Biological Studies, Microvvave Jour. PP 69 72, 1978.

13. R.L. Carpenter Ocular Effects of Microvvave Radiation Bull. N.Y. Acad.Med., Vol 55, PP 1048 57, 1979.

Bu bildiri I. Elektrik Mühendisliği Ulusal Knngresi'nde sunul muştur.

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 344 148