女性研究者紹介

温熱生理応答を考慮した温度上昇推定電波の安全性と熱中症リスク評価

名古屋工業大学　准教授

KODERA Sachiko

電気・機械工学科 電気電子分野
研究キーワード：生体電磁　温度上昇解析　 温熱生理応答

研究の概要

私たちの生活の中で、電波を使った通信機器などはなくてはならないものになっています。携帯電話のような高い周波数の電波は、生体組織に熱として吸収され、温度が上昇します。どのくらいの電波のレベルで、どのくらいの温度が上がるのか？を計算機シミュレーションによって推定しています。ヒトの温度上昇を高精度に推定するには、「温熱生理応答」を考慮する必要があります。「温熱生理応答」とは、体内で温度が上昇したときに、汗をかいたり、皮膚血管を拡張させたりして、その熱を効率的に外に逃がそうとする反応のことです。私たちは、その「温熱生理応答」をモデル化することを研究しています。また、その技術を応用することで、熱中症リスク評価についても研究しています。

温熱生理応答を考慮した体内温度上昇推定

様々な環境下において、ヒトの体温がどのように変化するのかを高精度に予測するには「温熱生理応答」のモデル化が不可欠です。この温熱生理応答は、年齢や出生地によって異なり、また同じ人でも、夏の初めから終わりにかけて汗が徐々にかきやすくなったりとその環境に応じて変化します。私たちの研究グループでは、その温熱生理応答を、実測データに基づき一般化モデルを構築しています。例えば、熱帯生育者は、温帯生育者と比較して手足が長く、熱を効率的に逃がすことができるため手足の温度は低く、また深部体温は比較的高いという特徴から、同じ暑熱環境にいても、図のように温熱生理応答の違いによってその体温分布が異なります。この温熱生理応答を細分化してモデル化することで、個人差を考慮した電波の安全性や熱中症リスク評価が可能になります。

電波の安全性に関する研究

電波を安心・安全に利用できるよう、電波の安全基準レベルが国際ガイドラインや総務省の電波防護指針などで制定されています。新たにサービスが開始された第五世代移動通信システム「５G」をはじめ、日々発展していく通信技術も、常に安心・安全に使用できるよう、ガイドラインの安全基準レベルも改訂されているため、そのための科学的根拠となるようなデータを取得しています。例えば、電波とひとことで言っても、その生体影響は周波数によって異なります。図のように、同じ強度の電波でも、周波数が高いほど、体内への浸透は浅くなり、温度上昇分布も異なってきます。これはアンテナの種類や距離によっても異なってくるため、様々な状況を想定し、安全なレベルとなるよう調査しています。

大規模計算に基づく熱中症リスク評価技術の応用

近年、地球温暖化などの影響から、熱中症で搬送される患者数は年々増加しており、社会問題のひとつとなっています。熱中症は、過度な体温上昇や発汗によって体内の熱バランスが崩れたり、脱水症状が要因となり発症します。そこで、様々な外気温や活動状況、年齢などを模擬した体温上昇シミュレーションによって、どのくらい体温が上昇するのか、どのくらい汗をかくのかといったことを推定した結果が、熱中症リスク評価に役立ちます。私たちの研究グループでは、大規模計算技術の新たな応用として、様々な環境を想定したシミュレーション結果をデータベース化し、実データとの比較や異なる分野との融合によって、実際の都市部における熱中症リスクを可視化する技術や、熱中症搬送者予測技術などを提案しています。

プロフィール

2006年3月　名古屋工業大学大学院博士前期課程電気情報工学専攻　修了

2016年7月　名古屋工業大学大学院工学研究科電気・機械工学専攻　特任研究員

2018年4月　名古屋工業大学大学院工学研究科電気・機械工学専攻　特任助教

2019年3月　名古屋工業大学大学院工学研究科情報工学専攻　博士（工学）取得

2021年4月　名古屋工業大学大学院工学研究科電気・機械工学専攻　特任准教授

2022年11月　名古屋工業大学大学院工学研究科電気・機械工学専攻　准教授

業績

  1. S. Kodera, J. Gomez-Tames, A. Hirata, H. Masuda, T. Arima, and S. Watanabe, “Multiphysics and thermal response models to improve accuracy of local temperature estimation in rat cortex under microwave exposure,” International Journal of Environmental Research and Public Health, vol.14, no.4, pii:E358, pp.1–18, 2017.
  2. S. Kodera, J. Gomez-Tames, and A. Hirata, “Temperature elevation in the human brain and skin with thermoregulation during exposure to RF energy,” BioMedical Engineering OnLine, vol.17, no.1, pp.1–17, 2018.
  3. S. Kodera and A. Hirata, “Comparison of thermal response for RF exposure in human and rat models,” International Journal of Environmental Research and Public Health, vol.15, no.10, pii:E2320, pp.1–17, 2018.
  4. S. Kodera, A. Hirata, D. Funahashi, S. Watanabe, K. Jokela, and R. J. Croft, “Temperature rise for brief radio-frequency exposure below 6 GHz,” IEEE Access, vol.6, pp.65737–65746, 2018.
  5. A. Hirata, D. Funahashi, S. Kodera, “Setting exposure guidelines and product safety standards for radio-frequency exposure at frequencies above 6 GHz: brief review,” Annals of Telecommunications, vol.74, pp.17-24, 2018.
  6. D. Funahashi, A. Hirata, S. Kodera, and K. R. Foster, “Area-averaged transmitted power density at skin surface as metric to estimate surface temperature elevation,” IEEE Access, vol.6, pp. 77665-77674, 2018.
  7. T. Kamiya, S. Kodera, K. Hasegawa, R. Egawa, H. Sasaki, and A. Hirata, “Different thermoregulatory responses of people from tropical and temperate zones: A computational study,” Building and Environment, vol.159, pp. 106152, 2019.
  8. S. Kodera, T. Nishimura, E. Rashed, K. Hasegawa, I. Takeuchi, R. Egawa, H. Sasaki, and A. Hirata, “Estimation of heat-related morbidity from weather data: A computational study in three prefectures of Japan over 2013–2018,” Environment International, vol.130, pp.104907, 2019.
  9. T. Kamiya, R. Onishi, S. Kodera, and A. Hirata, “Estimation of time-course core temperature and water loss in realistic adult and child models with urban micrometeorology prediction,” International Journal of Environmental Research and Public Health, vol.16, pii:E5097, pp.1–15, 2019.
  10. S. Kodera, E. A. Rashed, and A. Hirata, “Correlation between COVID-19 morbidity and mortality rates in Japan and local population density, temperature, and absolute humidity,” International Journal of Environmental Research and Public Health, vol.17, pii:5477, pp.1-14, 2020.
  11. S. Kodera, A. Hirata, F. Miura, E. A. Rashed, N. Hatsusaka, N. Yamamoto, E. Kubo, H. Sasaki, Model-based approach for analyzing prevalence of nuclear cataracts in elderly residents,” Computers in Biology and Medicine, vol.126, pii:104009, pp.1-12, 2020.
  12. S. Kodera, T. Kamiya, T. Miyazawa, and A. Hirata, “Correlation between estimated thermoregulatory responses and pacing in athletes during marathon,” IEEE Access, vol.8, pp.173079-173091, 2020.　　　　　　　他