新闻——无线安全隐患掩盖了射频研究的胜利

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射频剂量学领域的顶尖专家深入剖析了5G带来的弊端——以及暴露和剂量之间的区别。

肯尼斯·R·福斯特在研究射频辐射及其对生物系统的影响方面拥有数十年的经验。现在，他与另外两位研究人员马文·齐斯金和奎里诺·巴尔扎诺共同撰写了一篇关于该主题的新综述。他们三人（均为IEEE终身会士）在该领域的研究经验加起来超过一个世纪。
这项于2月份发表在《国际环境研究与公共卫生杂志》上的调查回顾了过去75年来射频暴露评估和剂量测定方面的研究。在调查中，共同作者详细介绍了该领域取得的进展，以及他们为何认为这是一个科学上的成功案例。
IEEE Spectrum 通过电子邮件采访了宾夕法尼亚大学荣誉退休教授福斯特。我们想更多地了解为什么射频暴露评估研究如此成功，射频剂量测定为何如此困难，以及为什么公众对健康和无线辐射的担忧似乎从未消失。
对于不熟悉两者区别的人来说，暴露量和剂量之间有什么区别？

肯尼斯·福斯特：在射频安全领域，暴露指的是体外的射频场，剂量指的是人体组织吸收的能量。两者对于许多应用都很重要——例如，医疗、职业健康和消费电子产品安全研究。
“关于5G生物效应的研究综述，请参阅[Ken] Karipidis的文章，该文章发现‘没有确凿证据表明6GHz以上的低强度射频场（例如5G网络使用的射频场）对人体健康有害。’”——宾夕法尼亚大学 Kenneth R. Foster
福斯特：在自由空间中测量射频场并不难。真正的问题在于某些情况下射频暴露量的高度变异性。例如，许多科学家正在研究环境中的射频场水平，以解决公众健康问题。考虑到环境中射频源的数量众多，以及任何射频源产生的射频场都会迅速衰减，这并非易事。准确表征个体射频场暴露量是一项真正的挑战，至少对于少数尝试这样做的科学家而言是如此。

当您和您的合作者撰写 IJERPH 文章时，您的目标是否是指出暴露评估研究的成功之处和剂量学挑战？福斯特：我们的目标是指出暴露评估研究多年来取得的显著进展，这些进展极大地增进了对射频场生物效应的研究，并推动了医疗技术的重大进步。
这些领域的仪器设备改进了多少？例如，您能否告诉我，在您职业生涯初期，您有哪些可用的工具？与现在相比，这些工具又有哪些不同？改进后的仪器设备如何促进暴露评估的成功？
福斯特：用于健康和安全研究中测量射频场的仪器正变得越来越小巧、功能越来越强大。几十年前，谁能想到商用现场测量仪器会变得如此坚固耐用，可以带到工作场所，既能测量足以造成职业危害的强射频场，又能灵敏地测量来自远距离天线的微弱场？同时，还能确定信号的精确频谱以识别其来源？
当无线技术进入新的频段时会发生什么？例如，蜂窝网络进入毫米波和太赫兹波频段，Wi-Fi 进入 6 GHz 频段？
福斯特：再次强调，问题在于暴露情况的复杂性，而不是仪器本身。例如，高频段 5G 蜂窝基站会发射多束在空间中传播的波束。这使得量化基站附近人群的暴露量变得困难，从而难以验证暴露是否安全（而实际上几乎总是安全的）。
“我个人更担心过多的屏幕时间可能对儿童发展和隐私造成的影响。”——肯尼斯·R·福斯特，宾夕法尼亚大学

如果暴露评估是一个已解决的问题，那么为什么精确剂量测定如此困难？为什么前者比后者简单得多？
福斯特：剂量测定比暴露评估更具挑战性。通常情况下，你不能将射频探头插入人体。有很多原因可能需要这些信息，例如在癌症治疗中的热疗中，组织必须加热到精确指定的温度。加热不足没有治疗效果，加热过度则会灼伤患者。
您能详细介绍一下目前剂量测定是如何进行的吗？如果不能将探针插入人体，那么次优方案是什么？
福斯特：使用传统的射频测量仪测量空气中的射频场在很多方面都是可以的。例如，在职业安全工作中，需要测量工人身上产生的射频场。对于临床高温治疗，可能仍然需要给患者佩戴热探针，但计算剂量学极大地提高了热剂量测量的精度，并推动了该技术的重要进步。对于射频生物效应的研究（例如，使用放置在动物身上的天线），了解人体吸收了多少射频能量以及能量的分布情况至关重要。你不能简单地把手机放在动物面前挥动作为辐射源（但有些研究人员确实这么做）。对于一些大型研究，例如最近美国国家毒理学计划开展的关于大鼠终生射频能量暴露的研究，计算剂量学是目前唯一可行的替代方案。
你认为为什么人们对无线辐射如此担忧，以至于在家中测量辐射水平？

福斯特：风险认知是一个复杂的问题。无线电辐射的特性常常令人担忧。它肉眼不可见，暴露与某些人所担心的各种影响之间没有直接联系，人们往往会将射频能量（非电离辐射，意味着其光子太弱，无法破坏化学键）与电离X射线等辐射（非常危险）混淆。有些人认为自己对无线辐射“过度敏感”，尽管科学家在适当的盲法和对照研究中未能证实这种敏感性。有些人对无线通信中无处不在的天线感到威胁。科学文献中包含许多质量参差不齐的健康相关报告，从中可以找到一些耸人听闻的故事。一些科学家认为可能确实存在健康问题（尽管卫生机构认为他们并不十分担忧，但表示需要“更多研究”）。诸如此类的问题还有很多。

暴露评估在其中发挥着作用。消费者可以购买价格低廉但灵敏度极高的射频探测器，用于检测周围环境中的射频信号，而这样的环境非常广泛。有些设备在测量来自Wi-Fi接入点等设备的射频脉冲时会发出“咔哒”声，听起来就像核反应堆里的盖革计数器，令人毛骨悚然。一些射频测量仪也被用于捉鬼，但这属于另一种应用。
去年，《英国医学杂志》发表文章，呼吁在确定5G技术的安全性之前暂停部署。您如何看待这些呼吁？您认为这些呼吁有助于公众了解射频辐射对健康的影响，还是会造成更多困惑？福斯特：您指的是流行病学家约翰·弗兰克的一篇评论文章，我并不完全赞同其中的大部分观点。大多数审查过相关科学研究的卫生机构只是呼吁开展更多研究，但至少有一家机构——荷兰卫生委员会——呼吁暂停高频段5G的部署，直到完成更多安全研究。这些建议肯定会引起公众的关注（尽管HCN也认为不太可能存在任何健康问题）。
弗兰克在他的文章中写道：“实验室研究的新兴优势表明，射频电磁场对生物体具有破坏性影响。”

问题就在这里：文献中存在数以千计的射频生物效应研究。研究终点、与健康的相关性、研究质量和暴露水平差异很大。大多数研究报告称，在所有频率和所有暴露水平下都存在某种效应。然而，大多数研究存在显著的偏倚风险（剂量测定不足、缺乏盲法、样本量小等），而且许多研究结果相互矛盾。“新兴研究优势”对于这些晦涩难懂的文献来说意义不大。弗兰克应该依靠卫生机构更严格的审查。这些机构一直未能找到环境射频场产生不良影响的明确证据。
弗兰克抱怨公开讨论“5G”时缺乏一致性——但他自己也犯了同样的错误，在提及5G时没有提到频段。事实上，低频段和中频段5G的工作频率接近现有蜂窝网络频段，似乎不会带来新的辐射暴露问题。高频段5G的工作频率略低于毫米波范围，起始频率为30 GHz。虽然针对该频段生物效应的研究较少，但其能量几乎无法穿透皮肤，卫生机构也未对常见暴露水平下的安全性提出担忧。
弗兰克没有具体说明在推出“5G”（无论他指的是什么）之前他想做哪些研究。美国联邦通信委员会（FCC）要求许可证持有者遵守其辐射暴露限值，这些限值与其他大多数国家的规定类似。目前尚无先例要求在批准一项新的射频技术之前，对其健康影响进行直接评估，这可能需要进行一系列无休止的研究。如果FCC的限制措施不安全，就应该修改。

关于 5G 生物效应研究的详细综述，请参阅 [Ken] Karipidis 的文章，该文章发现“没有确凿证据表明 6 GHz 以上的低强度射频场（例如 5G 网络使用的射频场）对人体健康有害”。该综述还呼吁开展更多研究。
科学文献结论不一，但迄今为止，卫生机构尚未发现环境射频场对健康构成明确危害的证据。不过可以肯定的是，关于毫米波生物效应的科学文献相对较少，仅有约100项研究，且质量参差不齐。
政府通过出售5G通信频谱赚取了大量资金，应该将其中一部分投资于高质量的健康研究，特别是高频段5G研究。就我个人而言，我更担心过多的屏幕时间可能对儿童发育和隐私问题造成的影响。
剂量测定工作是否有改进的方法？如果有，最有趣或最有前景的例子有哪些？

福斯特：计算剂量学领域的主要进展可能在于引入了时域有限差分法（FDTD）和基于高分辨率医学图像的人体数值模型。这使得我们可以非常精确地计算人体对任何来源射频能量的吸收情况。计算剂量学为一些成熟的医疗疗法注入了新的活力，例如用于治疗癌症的热疗，并促进了改进型磁共振成像系统和许多其他医疗技术的发展。
Michael Koziol 是 IEEE Spectrum 的副主编，负责报道电信领域的各个方面。他毕业于西雅图大学，获得英语和物理学学士学位，并在纽约大学获得科学新闻学硕士学位。
1992 年，阿萨德·M·马德尼接管了 BEI 传感器和控制公司，负责管理包括各种传感器和惯性导航设备在内的产品线，但客户群较小，主要面向航空航天和国防电子行业。

冷战结束，美国国防工业崩溃，而且短期内难以复苏。北海集团需要迅速寻找并吸引新客户。
要获得这些客户，就需要放弃公司现有的机械惯性传感器系统，转而采用未经验证的新型石英技术，将石英传感器小型化，并将一家每年生产数万个昂贵传感器的制造商转变为一家每年生产数百万个更便宜传感器的制造商。
马德尼为实现这一目标付出了巨大的努力，最终为陀螺仪芯片取得了远超预期的成功。这种价格低廉的惯性测量传感器是首款集成到汽车中的同类产品，它使电子稳定控制系统（ESC）能够检测车轮打滑并启动刹车以防止侧翻。据美国国家公路交通安全管理局统计，在2011年至2015年的五年间，所有新车都安装了ESC系统，仅在美国就挽救了7000人的生命。
该设备仍然是无数商用和私人飞机的核心部件，也是美国导弹制导系统的稳定性控制系统的核心部件。它甚至作为“探路者号”火星车的一部分前往了火星。
现任职务：加州大学洛杉矶分校杰出兼职教授；BEI Technologies公司前总裁、首席执行官兼首席技术官

教育背景：1968年毕业于RCA学院；1969年和1972年分别获得加州大学洛杉矶分校电气工程学士学位和硕士学位；1987年获得加州海岸大学博士学位。
英雄：总的来说，我的父亲教会了我如何学习，如何为人，以及爱、同情和共情的意义；在艺术方面，是米开朗基罗；在科学方面，是阿尔伯特·爱因斯坦；在工程方面，是克劳德·香农。
最喜欢的音乐：西方音乐方面，披头士乐队、滚石乐队、猫王；东方音乐方面，加扎勒。
组织成员：IEEE终身会士；美国国家工程院院士；英国皇家工程院院士；加拿大工程院院士
最有意义的奖项：IEEE荣誉奖章：“在创新传感和系统技术的开发和商业化方面做出的开创性贡献，以及杰出的研究领导力”；2004年加州大学洛杉矶分校年度杰出校友
Madni 因开创了 GyroChip 技术，以及在技术开发和研究领导方面的其他贡献，荣获 2022 年 IEEE 荣誉奖章。
工程学并非马德尼最初的职业选择。他原本想成为一名优秀的画家。但20世纪五六十年代，他家在印度孟买（当时的孟买）的经济状况迫使他转向工程学——尤其是电子学，这得益于他对袖珍晶体管收音机所体现的最新创新技术的浓厚兴趣。1966年，他移居美国，在纽约市的RCA学院学习电子学。这所学院成立于20世纪初，旨在培训无线电操作员和技术人员。
“我想成为一名能够发明创造的工程师，”马德尼说，“做一些最终会影响人类的事情。因为如果我不能影响人类，我觉得我的职业生涯就没有意义。”

马德尼于 1969 年进入加州大学洛杉矶分校，获得电气工程学士学位。此前，他曾在 RCA 学院学习电子技术两年。之后，他继续攻读硕士和博士学位，其博士论文研究方向为电信系统分析，运用了数字信号处理和频域反射测量技术。在学习期间，他还曾在太平洋州立大学担任讲师，在比佛利山庄零售商 David Orgell 从事库存管理工作，并在 Pertec 公司担任计算机外围设备设计工程师。
1975 年，他刚刚订婚，并在一位前同学的坚持下，申请了 Systron Donner 公司微波部门的工作。
马德尼在Systron Donner公司开始设计世界上第一台带数字存储的频谱分析仪。他之前从未实际使用过频谱分析仪——当时这种仪器非常昂贵——但他对相关理论足够了解，足以说服自己接受这份工作。之后，他花了六个月的时间进行测试，积累仪器的实际操作经验，然后才开始尝试重新设计它。
这个项目历时两年，据马德尼说，最终获得了三项重要专利，开启了他“迈向更大成就”的征程。他还表示，这个项目让他深刻体会到“拥有理论知识和将技术商业化以帮助他人之间的区别”。