用于啮齿动物生物实验的混响室的全波特性分析：方法论与实际加载影响研究

《IEEE Women in Engineering Magazine》：Full-Wave Characterization of Reverberation Chambers for Rodent Bioassays: Methodology and Realistic-Loading Impact Analysis

　　

摘要：

本研究提出了一种全面的全波数值剂量测量方法，用于在混响室（Reverberation Chambers, RCs）中进行的大规模啮齿动物生物测定。该方法改进了以往依赖于理想化平面波（Plane Wave, PW）叠加的方法。通过使用传输线矩阵（Transmission-Line Matrix）和有限元方法（Finite Element Method）求解器，实现了马尔凯理工大学混响室（Università Politecnica delle Marche RC）的“数字孪生”，以评估900 MHz频率下啮齿动物笼子内的辐射均匀性。与基于平面波叠加的模型不同，该模型考虑了实际的实验限制因素，如侵入的供水金属管道、特定的天线设计和位置以及真实的模式搅拌器。通过分析场阻抗比，研究了加载后的混响室电磁特性，从而为探针的位置和类型提供了判别标准。利用姿态固定的均匀大鼠模型，评估了每个笼子的瞬时全身比吸收率（wbSAR）分布以及整体平均全身比吸收率分布。此外，对暴露不平衡缓解策略的研究表明，在旋转笼子组件时可以获得显著的好处。对质量依赖性暴露的分析显示，与早期基于平面波的预测相比，体重与wbSAR之间的相关性明显减弱，而wbSAR对笼子的依赖性显著增强，这进一步强调了使用真实混响室模型进行可靠啮齿动物生物测定暴露设计的必要性。