子供と大人のRF-EMF曝露シミュレーション：次世代無線通信の安全性を探る

August 14, 2026 · 論文解説

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解説対象論文: Environmental and auto-induced RF-EMF adult and children far-field exposure simulations between 450 MHz and 26 GHz
Physics in Medicine and Biology｜被引用数: 0（2026年8月14日時点）

5Gネットワークの普及と6Gの展望が進む中、無線周波数電磁界（RF-EMF）への曝露は現代社会において避けられないテーマです。特に子供のRF-EMF曝露については、6 GHz以上の周波数帯での特性評価が不足しており、包括的な研究が求められていました。本研究は、450 MHzから26 GHzまでの広範な周波数帯におけるRF-EMF曝露を、大人と子供の解剖学的ファントムを用いて詳細にシミュレーションし、その吸収率とパワー密度を定量的に評価しました。環境曝露とオートインデュース曝露の両シナリオを分析することで、子供が大人よりも高い全身SARを示すことや、特定の周波数帯で国際ガイドラインの制限値に近づく、あるいは超える可能性があることが明らかになりました。

研究サマリー（FINER & PICO）

Feasible実施可能性	FDTDシミュレーションと解剖学的ファントムを用いて広範な周波数と曝露シナリオの定量評価が可能。
Ethical倫理面	無線通信技術の健康影響評価は公衆衛生上重要であり、特に感受性の高い子供の包括的な曝露評価は倫理的に必要。
Interesting面白さ	従来の研究で不足していた6 GHz以上での子供の曝露や、ビームフォーミングによるオートインデュース曝露を初めて包括的に評価。
Novel新規性	子供ファントムを含むミリ波帯（26 GHz）での全身線量評価や、7～15 GHz帯での子供のAPD特性評価は本研究が初。
Relevant切実さ	5G/6G展開が進む中、無線機器からのRF-EMF曝露に対する公衆衛生上の懸念に応え、より安全な無線技術の利用促進に貢献。
Measurable測定可能性	SARとAPDを計算し、ICNIRP 2020ガイドラインの参照レベルと基本制限と比較して定量的に評価。
Modifiable派生・改善	結果は規制当局がRF-EMF曝露ガイドラインを見直す際の根拠となり、通信技術の設計改善に寄与しうる。
Structured文章構造	目的、方法、結果、考察が明確に構成された研究論文であり、検証可能なシミュレーション手法を用いている。
PICO / PECO対象・介入・比較・結果	P: 大人・子供ファントム。I: 450 MHz～26 GHzのRF-EMF（環境・オートインデュース）。C: 大人vs子供、周波数帯、曝露シナリオ。O: 全身SAR、局所SAR、APD、臓器別SAR。

はじめに：無線技術の進化とRF-EMF曝露の課題

どうも、Beyond the Pixelです。5Gネットワークの普及と6Gの展望が進む中、無線周波数電磁界（RF-EMF）への曝露は現代社会において避けられないテーマです。特に子供のRF-EMF曝露については、6 GHz以上の周波数帯での特性評価が不足しており、包括的な研究が求められていました。これまでの研究では、サブGHz帯の携帯電話バンドからミリ波帯までを網羅し、子供のファントムを含むものは存在しませんでした。本研究は、450 MHzから26 GHzまでの広範な周波数帯におけるRF-EMF曝露を、大人と子供の解剖学的ファントムを用いて詳細にシミュレーションし、その吸収率とパワー密度を定量的に評価しました。環境曝露とオートインデュース曝露の両シナリオを分析することで、子供が大人よりも高い全身SARを示すことや、特定の周波数帯で国際ガイドラインの制限値に近づく、あるいは超える可能性があることが明らかになりました。

研究方法：大人と子供のファントムを用いた広範なシミュレーション

本研究では、FDTD（差分時間領域法）シミュレーションを550回実施し、環境曝露とオートインデュース曝露の2つのシナリオをカバーしました。環境曝露は平面波によるもので、オートインデュース曝露はビームフォーミングによるものです。シミュレーションには、ViP（Virtual Population）データベースからの4つの解剖学的ファントム（大人2体、子供2体）を使用しました。周波数帯は450 MHzから26 GHzまでの15の周波数で、FR1（サブ6 GHz）、FR2（ミリ波）、FR3（7-15 GHzの6G候補帯）を網羅しています。具体的には、無線通信システムで現在および将来使用されるFR1帯（450 MHz～5800 MHzの9周波数）、FR2帯（26 GHz）、FR3帯（7 GHz～15 GHzの5周波数）を対象としました。

**Table 1.** Table 1: Comprehensive FDTD Simulation Parameters and Computational Requirements.解説: この表は、FDTDシミュレーションの包括的なパラメータと計算要件をまとめたものです。周波数、技術、曝露シナリオ（環境、オートインデュース）、計算される基本量（SAR、APD）、空間的・時間的分解能、90%パワー吸収深さ（δ90）、計算ドメインサイズなどが示されています。特に、子供ファントムでの26 GHz全身線量評価や、7-15 GHz帯での子供APDの評価は本研究が初めてであることが示されています。

これらのシミュレーションにより、特定吸収率（SAR）と吸収パワー密度（APD）が計算され、ICNIRP 2020（国際非電離放射線防護委員会）の一般公衆曝露に関する参照レベルに正規化されました。

**Table 2.** Table 2: ICNIRP 2020 Basic Restrictions for General Public Exposure (ICNIRP 2020).解説: この表は、ICNIRP 2020が定める一般公衆曝露に関する基本制限値を示しています。psSAR10g（頭部/体幹）は6 GHz未満で2 W/kg、psSAR10g（四肢）は6 GHz未満で4 W/kg、全身SARは全周波数で0.08 W/kg、APDは6 GHz超で20 W/m²と定められており、それぞれ平均時間が指定されています。

特に、子供と大人のファントムでの26 GHzにおける全身線量評価、および7-15 GHz帯における子供のAPD評価は本研究が初めてです。オートインデュース曝露のシナリオでは、MRT（最大比伝送）ビームフォーミングを使用し、ユーザー機器（UE）の位置に電磁界エネルギーを集中させます。ホットスポットを効率的に特定するため、2段階のスクリーニング手順が開発されました。

**Figure 2.** Figure 2: Two-stage screening reduces computational cost 500 times. Phase 1 evaluates 10,000 candidates using an efficient hotspot score based on E-field intensity at nearby skin voxels. Phase 2 performs full APD extraction following IEC/IEEE 63195-4 only on the top 20 candidates.解説: この図は、最悪ケースのAPD（吸収パワー密度）を探すための2段階のスクリーニングプロセスを示しています。フェーズ1では、FDTDシミュレーションで得られた電界データとMRTフェーズから効率的なホットスポットスコアを計算し、10,000の候補点を評価します。フェーズ2では、上位5%（約20個）の候補点にのみ、IEC/IEEE 63195-4に従った完全なAPD抽出を行います。これにより、計算コストを500分の1に削減できます。

これは、多数の候補点を効率的なホットスポットスコアで評価する第1段階と、上位の候補点にのみ完全なAPD抽出を行う第2段階から構成されます。

主要な結果：子供は全身SARが高く、特定のシナリオで制限値に接近・超過

本研究のシミュレーション結果は、多次元にわたる広範なデータセットをもたらしました。ICNIRPの基本制限（一般公衆曝露の場合、全身平均SARは0.08 W/kg、局所psSAR10gは頭部・体幹で2 W/kg、四肢で4 W/kg、6 GHz以上ではAPDが20 W/m²）と比較し、その遵守マージンがどのように変化するかを明らかにしています。

FR1帯（450 MHz～6 GHz）における環境曝露

SAR値は1 W/m²の入射パワー密度に正規化されています。浸透深さが周波数応答を大きく決定します。90%パワー吸収深さ（δ90）は、450 MHzで約60 mmから5800 MHzで約10 mmへと減少します。この変化により、エネルギー吸収は体積全体から表面へと移行します。皮膚SARは450 MHzから5800 MHzの間で3.2倍増加する一方で、脳SARは同じ周波数範囲で96%減少します。これは、高周波数になるほど頭蓋骨やその上の組織がエネルギーを吸収し、脳に到達するエネルギーが少なくなるためです。全身SARは、吸収が薄い表面層に集中するため、450 MHzから5800 MHzの間で2.1倍減少します。

**Figure 3.** Figure 3: Skin SAR increases 3.2 times while brain SAR decreases 96% across FR1. Mass-averaged SAR by tissue group for Thelonious, averaged across all 12 directions and polarizations. Eyes show a non-monotonic response.解説: このグラフは、FR1帯（450 MHz～5800 MHz）におけるThelonious（6歳児ファントム）の、組織グループ別の質量平均SAR（12方向・偏波で平均）を正規化値（mW/kg）で示しています。皮膚SARが約3.2倍増加する一方で、脳SARは96%減少しています。眼のSARは単調ではない応答を示しています。

脳と皮膚のSAR比率を見ると、450 MHzでは脳と皮膚のSARが同程度ですが、周波数の増加とともにすべてのファントムでこの比率が大幅に低下します。

**Figure 4.** Figure 4: Brain-to-skin SAR ratio across phantoms. Brain exposure drops by orders of magnitude relative to skin as frequency increases. Child phantoms show higher relative brain exposure at high frequencies compared to adults.解説: このグラフは、FR1帯（450 MHz～5800 MHz）における脳SARと皮膚SARの比率を、4つのファントム（大人2体、子供2体）について示しています。周波数が高くなるにつれて、脳曝露は皮膚と比較して桁違いに減少することがわかります。子供のファントムは、高周波数帯においても大人と比較して相対的に高い脳曝露を示しています。

組織ごとの吸収率では、耳の軟骨や耳の皮膚が、バルクの皮膚よりも単位質量あたり2倍以上のパワーを吸収することが示されました。眼の角膜も高い吸収を示し、精巣や半月板も上位10位に入っています。

**Figure 5.** Figure 5: Ear tissues absorb twice as much power per unit mass as bulk skin. Top 20 tissues ranked by mass-averaged SAR for Thelonious, averaged across all frequencies in FR1 and directions. Cornea, testis, and meniscus also rank in the top 10.解説: このグラフは、FR1帯の全周波数と方向で平均された、Theloniousの質量平均SARが最も高い上位20組織をランキング形式で示しています。耳の軟骨はバルク皮膚の2倍以上のパワーを吸収し、角膜、精巣、半月板も上位10位に入っています。

子供のファントム（Thelonious：6歳、Eartha：8歳）は、大人（Duke：34歳、Ella：26歳）と比較して、すべての周波数で全身SARが1.5～1.9倍高い結果となりました。

**Figure 6.** Figure 6: Children show 1.5–1.9 times higher whole-body SAR than adults at all frequencies. Error bars indicate standard deviation across the 12 direction-polarization combinations.解説: このグラフは、FR1帯の全周波数における全身SAR（mW/kg）を、4つのファントム（大人2体、子供2体）について比較しています。エラーバーは、12の方向と偏波の組み合わせにおける標準偏差を示しています。子供のファントムは、大人のファントムと比較して、すべての周波数で全身SARが1.5～1.9倍高いことが示されています。

これは、子供の体が大人よりも小さく、単位質量あたりの吸収断面積が大きいためです。曝露方向によるSARの変動は、眼や生殖器で大きく、特にTheloniousの場合、眼のSARは前方からの曝露で28.9 mW/kgに対し、後方からは1.4 mW/kgと20倍の差がありました。生殖器も44倍の変動を示しました。一方で、全身SARの変動は2倍程度にとどまります。偏波による影響は一般に方向による影響よりも小さいですが、生殖器は下方からの曝露で垂直偏波により強い結合を示すなど、例外もあります。

**Table 3.** Table 3: Directional Variation in SAR Metrics (Thelonious, frequency-averaged values).解説: この表は、Thelonious（6歳児ファントム）におけるSAR指標の方向別変動を周波数平均値でまとめています。眼のSARは前方からの曝露で最大28.9 mW/kg、後方からで最小1.4 mW/kgと20倍の差があり、生殖器のSARは最大30.5 mW/kg、最小0.7 mW/kgと44倍の差があることが示されています。脳SARと全身SARは比較的変動が少ないことも示されています。

ICNIRP参照レベル（2140 MHz以上で10 W/m²）での遵守マージンを評価したところ、全身SARは2140 MHz付近でピークに達し、Theloniousが参照レベルの93%に達しました。最悪の単一構成（前方または後方からの入射）では、この数値は145%に達し、Earthaも122%に達しました。

**Table 4.** Table 4: Direction-Averaged Whole-Body SAR at ICNIRP Reference Levels (FR1).解説: この表は、FR1帯においてICNIRP参照レベルに正規化された方向平均全身SARと、基本制限値に対する割合を示しています。2140 MHzでTheloniousが80 mW/kgの全身SAR制限値の93%に達し、子供のファントムが大人よりも高いSAR値を示すことが明確に示されています。

しかし、これはあくまで参照レベルでの値であり、実際の環境曝露パワー密度は参照レベルよりも数桁低いことが、他国の測定キャンペーンで示されています。psSAR10gに関しては、環境曝露のどの構成においても、頭部・体幹または四肢の制限値を下回っていました。したがって、FR1帯の環境曝露では、局所SARではなく全身SARが主な制限要因となります。

FR3帯（7～15 GHz）およびFR2帯（26 GHz）におけるSARの傾向

FR3帯およびFR2帯でも、皮膚SARは上昇し続けています。例えば、Theloniousの皮膚SARは、5800 MHzで18.6 mW/kg、7 GHzで21.5 mW/kg、26 GHzで39.8 mW/kgと増加しています。これは、吸収深さ（δ90）が薄い皮膚層に集中していくためです。眼SARは7 GHzで3.62 mW/kgまで減少し、26 GHzでは0.047 mW/kgへとさらに77分の1に低下します。これは、26 GHzでは皮膚のδ90が約1.1 mmとなり、まぶたの厚さと同程度になるため、入射エネルギーがまぶたで吸収され、角膜にほとんど到達しないためと考えられます。psSAR10gは、5800 MHzで63.5 mW/kg、7 GHzで60.4 mW/kg、26 GHzで50.3 mW/kgと、帯域間で滑らかに連続しながら緩やかに減少しました。これは、10gの平均化体積が、局所的な表面吸収の集中度合いをならすためです。

FR1帯におけるオートインデュース曝露

オートインデュース曝露シナリオでは、ビームフォーミングによりユーザー近傍に局所的なホットスポットが発生します。3500 MHzでは、参照レベル（10 W/m²）において、psSAR10gが4つのファントムすべてで2 W/kgの頭部/体幹の基本制限値を超える結果となりました。最悪ケースでは、制限値の131～158%に達し、SARのピークは体幹、胸部、または首に位置していました。

**Table 5.** Table 5: Auto-induced psSAR10g and SARwb compared to the environmental worst case. All values at 1 W/m2 incident. The % limit column gives psSAR10g as a percentage of the applicable local-SAR basic restriction at Sref.解説: この表は、オートインデュース曝露と環境曝露の最悪ケースにおけるpsSAR10gと全身SAR（SARwb）を比較したものです。すべての値は1 W/m²入射で正規化されています。3500 MHzでは、オートインデュースpsSAR10gが参照レベル（10 W/m²）において、すべてのファントムで頭部/体幹の2 W/kg制限値を131～158%超過することが示されています。

一方、700 MHzでは、すべてのファントムで遵守範囲内でした。この結果は、単純化されたMRTビームフォーミングシナリオに基づいたものであり、現実のシナリオではさらに高い曝露が生じる可能性も示唆しています。

ミリ波帯（6 GHz以上）における吸収パワー密度（APD）

6 GHz以上の周波数帯では、基本制限はAPD（吸収パワー密度）で定義され、4 cm²の表面積で平均された20 W/m²が基準となります。オートインデュース曝露シナリオにおいて、7 GHzではThelonious（6歳児）のAPDが20 W/m²を2.5%超過する結果となりました。

**Table 6.** Table 6: Worst-Case APD by Phantom and Frequency (W/m2 at 1 W/m2 incident).解説: この表は、ファントムと周波数ごとの最悪ケースAPDを1 W/m²入射あたりで示しています。Thelonious（6歳児ファントム）が7 GHzで2.05 W/m²を記録し、ICNIRP基本制限値（20 W/m²）をわずかに超過する可能性を示唆しています（参照レベルが10 W/m²の場合）。

これは、FR3帯（7～15 GHz）で国際基準値を超える唯一の基本制限値であり、この周波数帯における子供の遵守マージンが狭まることを示しています。

研究の意義と今後の展望

本研究は、RF-EMF曝露に関する3つの既存のギャップに対処しました。第一に、子供のファントムを含みつつ、サブGHz帯からミリ波帯（26 GHz）まで全スペクトル範囲を網羅する単一の研究がこれまでなかった点。第二に、高周波数における子供の曝露が十分に特徴付けられていなかった点。第三に、ビームフォーミングによるオートインデュース曝露が、ファントムと周波数全体にわたってICNIRP 2020の基本制限に対して体系的に評価されていなかった点です。本研究の結果は、ビームフォーミング下の3500 MHzと7 GHz、および環境曝露下の2 GHz付近の子供など、遵守マージンが狭まる周波数とファントムの組み合わせを特定しました。これは規制当局にとって重要な情報となります。また、脳、眼、皮膚、生殖器などの臓器別SARデータは、現在のおよび将来の無線バンドにおける疫学的曝露評価や線量モデリングをサポートする貴重なデータとなります。本研究では、年齢非依存の誘電特性を使用していますが、これは数値線量測定における標準的な手法です。これらの影響は、吸収パワーの測定値に±6～10%程度の保守的な影響を与える可能性があり、不確実性の一部を構成します。今後は、より多様なチャネル実現や、ユーザーの動きによるダイナミクスを考慮したシナリオでの評価、そして年齢依存的な組織特性のモデル化が、研究の精度と応用範囲をさらに広げる鍵となるでしょう。

補足図表

Figure 7

Figure 8

Figure 9

Figure 10

用語集

SAR（Specific Absorption Rate）: 特定吸収率。生体組織が単位質量あたりに吸収するRFエネルギーの量。単位はW/kgです。
APD（Absorbed Power Density）: 吸収パワー密度。6 GHz以上の周波数帯で生体表面に吸収されるRFエネルギーのパワー密度。単位はW/m²です。
FDTD（Finite-Difference Time-Domain）: 差分時間領域法。電磁界の挙動を数値的にシミュレーションする手法です。
ICNIRP: 国際非電離放射線防護委員会。RF-EMF曝露に関する国際的なガイドラインを策定する組織です。
ビームフォーミング: 無線信号を特定の方向に集中させる技術で、ユーザーの位置に応じて電磁界を形成します。
プレーンウェーブ（平面波）: 空間全体に均一な電界・磁界が広がる理想的な電磁波で、環境曝露のモデル化に用いられます。
psSAR10g: ピーク空間平均SAR 10g。生体組織内の任意の10gの立方体質量で平均された局所SARの最大値です。
ACS（Absorption Cross Section）: 吸収断面積。電磁波を吸収する生体の有効な断面積です。
FR1: 5G無線技術で使用される450 MHzから6 GHzまでの周波数帯です。
FR2: 5G無線技術で使用される24 GHzから52.6 GHzまでのミリ波帯の周波数帯です。
FR3: 6G無線技術の候補とされる7 GHzから15 GHzまでの周波数帯です。
MRT（Maximum Ratio Transmission）: 最大比伝送。ビームフォーミングの一種で、受信信号強度を最大化するために送信信号の位相と振幅を調整する技術です。
ViP（Virtual Population）: IT’IS Foundationが提供する、詳細な解剖学的構造を持つ人体モデルのデータベースです。