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Chi studia l'interazione fra i campi elettromagnetici e i sistemi biologici ha bisogno di dati estesi sulle proprietà dielettriche dei tessuti umani, e li cerca spesso.

La dosimetria numerica, per esempio, cioè la disciplina che calcola con algoritmi numerici le densità di corrente e i tassi di assorbimento specifico (SAR) nei tessuti e negli organi di chi è esposto a un campo elettromagnetico, lavora su modelli umani digitali a due o tre dimensioni. Ogni elemento di quei modelli, pixel in due dimensioni e voxel in tre, va riconosciuto come fatto di un tessuto ben preciso, e a quel tessuto vanno assegnate proprietà dielettriche univoche: una coppia di valori, uno per la permittività relativa e uno per la conducibilità elettrica, a ciascuna frequenza di interesse.

Questa applicazione calcola le proprietà dielettriche dei tessuti del corpo umano da 10 Hz a 100 GHz, con il modello parametrico e i valori dei parametri messi a punto da C. Gabriel e collaboratori (si vedano i riconoscimenti e la bibliografia più sotto). È costruita secondo lo schema client-server.

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Il vantaggio principale dello schema client-server sta nella gestione accentrata dei parametri dei tessuti: si possono definire tessuti nuovi o cambiare i valori dei parametri senza ridistribuire alcun programma agli utenti. Gli utenti, dal canto loro, non devono scrivere il codice che calcola le proprietà dielettriche a partire dai parametri. E la documentazione del servizio, disponibile a tutti, permette a chi ne ha bisogno e può permetterselo di sviluppare applicazioni proprie, mirate a un compito o a una piattaforma. Il rovescio della medaglia, evidentemente, è che serve un collegamento TCP/IP fra il client e il server.

Questa applicazione è stata preparata al CNR-IFAC (già CNR-IROE) come progetto collaterale, nell'ambito della linea di ricerca dedicata alla Protezione dalle esposizioni a campi elettromagnetici a bassa frequenza, a radiofrequenza e a microonde. Non sarebbe stata possibile senza il lavoro imponente di C. Gabriel e collaboratori alla Brooks Air Force Base (USA), che hanno messo a punto il modello parametrico per il calcolo delle proprietà dielettriche dei tessuti corporei qui usato (si veda la bibliografia più sotto).

Al CNR-IFAC hanno preso parte al progetto:

Daniele Andreuccetti

Ideazione e conduzione del progetto; impianto matematico; elaborazione dei dati parametrici; programmazione in HTML, PHP e C/C++.

Roberto Fossi e Caterina Petrucci

Ricerca e revisione critica dei dati bibliografici sulle proprietà dielettriche dei tessuti corporei.

Questo sito e i risultati delle sue elaborazioni si possono usare liberamente per scopi scientifici e per ogni altro uso consentito dalla legge. Chi lo usa è invitato a citarlo nelle proprie pubblicazioni in questa forma:

D. Andreuccetti, R. Fossi and C. Petrucci: An Internet resource for the calculation of the dielectric properties of body tissues in the frequency range 10 Hz - 100 GHz. IFAC-CNR, Florence (Italy), 1997. Based on data published by C. Gabriel et al. in 1996. [Online]. Available: http://niremf.ifac.cnr.it/tissprop/

Ogni voce rimanda alla pagina ufficiale dell'editore. Gli articoli di terzi non vengono ridistribuiti da qui: lo scarico diretto dal nostro archivio è riservato agli amministratori.

Modello parametrico e dati dei tessuti (C. Gabriel e collaboratori)

• C. Gabriel: Compilation of the dielectric properties of body tissues at RF and microwave frequencies, Report N. AL/OE-TR-1996-0037, Occupational and environmental health directorate, Radiofrequency Radiation Division, Brooks Air Force Base, Texas (USA), giugno 1996 (approvato per la diffusione pubblica). — DTIC · copia CNR-IFAC · Appendice C · PDF
• C. Gabriel, S. Gabriel and E. Corthout: The dielectric properties of biological tissues: I. Literature survey, Phys. Med. Biol. 41 (1996), 2231-2249. — IOPscience
• S. Gabriel, R.W. Lau and C. Gabriel: The dielectric properties of biological tissues: II. Measurements in the frequency range 10 Hz to 20 GHz, Phys. Med. Biol. 41 (1996), 2251-2269. — IOPscience
• S. Gabriel, R.W. Lau and C. Gabriel: The dielectric properties of biological tissues: III. Parametric models for the dielectric spectrum of tissues, Phys. Med. Biol. 41 (1996), 2271-2293. — IOPscience
• C. Gabriel: Dielectric properties of biological tissue: variation with age, Bioelectromagnetics Suppl. 7 (2005), S12-S18. — Wiley Online Library
• C. Gabriel, A. Peyman and E.H. Grant: Electrical conductivity of tissue at frequencies below 1 MHz, Phys. Med. Biol. 54 (2009), 4863-4878. — IOPscience
• C. Gabriel: Dielectric spectroscopy of biological materials: its role in dosimetry, capitolo di libro (solo la prima pagina).

Proprietà dielettriche dei tessuti: per approfondire

• R. Pethig: Dielectric properties of biological materials: biophysical and medical applications, IEEE Trans. Electr. Insul. EI-19 (1984), 453-474. — IEEE Xplore
• S.R. Smith and K.R. Foster: Dielectric properties of low-water-content tissues, Phys. Med. Biol. 30 (1985), 965-973. — IOPscience
• S.S. Seker, G. Apaydin and M. Kuzu: Comparison of electrical parameters of human body parts with vegetation, Proc. 25th Annual Int. Conf. IEEE EMBS, Cancun (2003).
• S. Seker and H. Abatay: New frequency-dependent parametric modeling of dielectric materials, Int. J. Electron. Commun. (AEÜ) 60 (2006), 320-327. — ScienceDirect
• J. Wang, O. Fujiwara and S. Watanabe: Approximation of aging effect on dielectric tissue properties for SAR assessment of mobile telephones, IEEE Trans. Electromagn. Compat. 48 (2006), 408-413. — IEEE Xplore
• J. Sierpowska: Electrical and dielectric characterization of trabecular bone quality, tesi di dottorato, Kuopio University Publications C 214.
• M.J. Schroeder, A. Sadasiva and R.M. Nelson: An analysis on the role of water content and state on effective permittivity using mixing formulas (2008).
• A. Peyman: Dielectric properties of tissues; variation with age and their relevance in exposure of children to electromagnetic fields; state of knowledge, Prog. Biophys. Mol. Biol. 107 (2011), 434-438. — ScienceDirect

Rilassamento dielettrico, acqua e liquidi di riferimento

• K.S. Cole and R.H. Cole: Dispersion and absorption in dielectrics: I. Alternating current characteristics, Journal of Chemical Physics 9 (1941), 341-351. — AIP Publishing
• C.G. Malmberg and A.A. Maryott: Dielectric constant of water from 0° to 100°C, J. Res. Natl. Bur. Stand. 56 (1956), 1-8, RP 2641. — NIST
• M. Zahn, Y. Ohki, D.B. Fenneman, R.J. Gripshover and V.H. Gehman Jr.: Dielectric properties of water and water/ethylene glycol mixtures for use in pulsed power system design, Proc. IEEE 74 (1986). — IEEE Xplore
• S. Ray and J. Behari: Microwave absorption in lossy liquids, Phys. Med. Biol. 31 (1986), 1031-1040. — IOPscience

In italiano

• D. Andreuccetti e R. Fossi: Proprietà dielettriche dei tessuti umani: definizioni, modello parametrico, codici di calcolo, Rapporto N. TR/ICEMM/13.00, CNR-IFAC, Firenze, settembre 2000. — PDF