Development of a 6 GHz RF-EMF Exposure System for Investigating Human Skin Temperature Responses: Characterization, Integration, and Pilot Testing

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dc.contributor.author

Alzahed, Abdelelah

Lemay, Eric

Zhuk, Mykola

Gajda, Gregory B.

McNamee, James P.

McGarr, Gregory W.

dc.date.accessioned

2024-02-21T16:38:40Z

dc.date.available

2024-02-21T16:38:40Z

dc.date.issued

2023-09-11

dc.description.abstract - en

We developed a radiofrequency electromagnetic field (RF-EMF) exposure system to investigate human skin temperature responses to localized exposures. The system was designed to project a 6 GHz RF-EMF beam with enough energy to rapidly increase peak local skin temperature on the human forearm from a baseline of 30-32°C to ~38°C within 6 min. First, the RF-EMF exposure conditions were characterized using computer simulations to confirm that the antenna produced the desired spot size (4 cm) and resultant temperature rise in the skin. ANSYS-HFSS and Sim4Life electromagnetic and thermal simulations were performed to fully characterize the relation between electromagnetic physics and the bioheat thermal conduction problem. Next, an open-ended waveguide antenna was integrated with other hardware peripherals to comprise the full RF-EMF exposure system. Finally, human pilot testing was conducted while participants were seated comfortably with the antenna 5 cm above the skin surface on the volar (i.e. palm side) forearm. Local skin temperatures were monitored continuously with a thermal camera, which automatically identified and continuously tracked the peak skin temperature under the projected beam. Both electromagnetic and thermal data plots are presented to illustrate the bioelectromagnetic response for the exposure system. Future experimental studies using this system will examine individual and environmental factors that may influence local human skin temperature responses to RF-EMF exposures on the forearm and other body regions.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Nous avons développé un système d'exposition aux champs électromagnétiques radiofréquences (RF-EMF) pour étudier les réponses de la température de la peau humaine à des expositions localisées. Le système a été conçu pour projeter un faisceau RF-EMF de 6 GHz avec suffisamment d'énergie pour augmenter rapidement la température locale maximale de la peau sur l'avant-bras humain d'une valeur de base de 30-32°C à ~38°C en 6 minutes. Tout d’abord, les conditions d’exposition aux RF-EMF ont été caractérisées à l’aide de simulations informatiques pour confirmer que l’antenne produisait la taille de point souhaitée (4 cm) et l’augmentation de température qui en résultait dans la peau. Des simulations électromagnétiques et thermiques ANSYS-HFSS et Sim4Life ont été réalisées pour caractériser pleinement la relation entre la physique électromagnétique et le problème de conduction thermique de la biochaleur. Ensuite, une antenne à guide d'ondes à extrémité ouverte a été intégrée à d'autres périphériques matériels pour constituer le système d'exposition RF-EMF complet. Enfin, des tests pilotes sur des humains ont été menés alors que les participants étaient confortablement assis avec l'antenne à 5 cm au-dessus de la surface de la peau sur l'avant-bras palmaire (c'est-à-dire du côté de la paume). Les températures cutanées locales ont été surveillées en continu avec une caméra thermique, qui a automatiquement identifié et suivi en continu la température cutanée maximale sous le faisceau projeté. Des tracés de données électromagnétiques et thermiques sont présentés pour illustrer la réponse bioélectromagnétique du système d'exposition. Les futures études expérimentales utilisant ce système examineront les facteurs individuels et environnementaux susceptibles d'influencer les réponses locales de la température de la peau humaine aux expositions aux RF-EMF sur l'avant-bras et d'autres régions du corps.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3313971

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/1951

dc.language.iso

en

dc.publisher

Institute of Electrical and Electronics Engineers

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

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Development of a 6 GHz RF-EMF Exposure System for Investigating Human Skin Temperature Responses: Characterization, Integration, and Pilot Testing

dc.type - en

Article

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