这项研究提出了一种新颖的局部辐射剂量计，采用掺银的磷酸盐玻璃晶体透镜，具有辐射光致发光（RPL）特性。这种剂量计被集成到眼镜中，能够覆盖眼睛前方的较大区域，并作为便携式工具，用于视觉确认辐射暴露以及定量评估局部辐射剂量。同时，还开发了一种专门的紧凑型读出系统，基于可编程逻辑门阵列（FPGA）的集成电路，优化了该可穿戴剂量计的性能。通过X射线或伽马射线暴露后，可以轻松确认和评估辐射情况。此外，研究还发现左右透镜之间的串扰现象较为有限，且在临床初步测试中验证了该剂量计及其读出装置的基本操作，适用于简单辐射监测和被动剂量评估。
随着国际辐射防护委员会（ICRP）的建议，越来越多的研究关注于人体局部器官的辐射暴露监测，特别是眼睛。日本在2021年4月实施的新规定要求更严格地控制和管理白内障风险，因此有必要开发符合这些新要求的个人剂量计。尽管已有多种用于局部辐射监测的剂量计或防护设备，但许多设备的检测范围有限，无法提供多次读出，或者需要额外佩戴，这给经常接触辐射的工作人员带来了不便。为了满足这些需求，研究团队致力于开发一种能够实现广泛测量、便于使用且可集成的剂量计。磷酸盐玻璃由于其RPL特性，能够准确记录总辐射暴露量，并广泛应用于高可靠性个人被动剂量计中。相比其他被动剂量计，如光致发光剂量计，RPL剂量计具有更高的稳定性，且光致发光信号的衰减速度较慢，除非对玻璃进行退火处理。
在本研究中，开发了一种新型的可穿戴剂量计，利用掺银的磷酸盐玻璃透镜，并将其集成到眼镜框架中。这种设计不仅便于使用，还能够覆盖较大的检测区域，从而提供更全面的辐射暴露信息。研究团队还利用3D打印技术和3D计算机辅助设计（CAD）软件构建了眼镜框架，使整个装置更加紧凑和实用。为了实现剂量测量，框架上设计了用于紫外线照射的通孔，使得RPL信号能够被准确捕捉。通过这种方式，研究人员能够快速确认辐射暴露情况，并在单个便携设备中实现对眼睛局部区域的定量评估。
为了进一步提高剂量计的性能，研究团队开发了一种专门的紧凑型读出系统。该系统采用紫外线发光二极管（UV LED）作为激发光源，并利用两个独立的光电倍增管（PMT）来检测RPL信号。系统中还集成了高通滤波器，以减少背景光的干扰。读出系统的核心是基于FPGA的单板微处理器（MPU），用于控制UV LED的输出时间，并记录PMT检测到的光子计数信号。通过调整UV脉冲的持续时间，研究人员能够确保系统在检测过程中不会受到过多的背景噪声影响。实验结果显示，随着辐射剂量的增加，RPL信号的强度也相应增加，这表明该系统能够准确地将光子计数与辐射剂量相关联。
在实验过程中，研究人员测试了该剂量计在不同场景下的性能，包括实验室条件和临床环境。首先，他们在Gunma大学使用微焦点X射线源对剂量计进行了初步评估，确认了其在简单校准中的适用性。随后，他们利用日本国家标准的伽马射线辐射场进行了更精确的测试，以获取将观察到的光致发光信号转换为具体剂量值所需的实验数据。研究还发现，该剂量计的检测极限约为10毫戈瑞（mGy）或更低，这表明其在检测低剂量辐射方面具有一定的局限性。
为了验证系统在实际临床环境中的可行性，研究团队在Tohoku大学医学院的医疗设备环境中进行了测试。他们使用了一个模拟人体头部的泡沫模型，并将剂量计放置在该模型的照射区域中。通过这种方式，研究人员能够模拟真实的工作场景，并评估剂量计在不同辐射条件下的表现。测试结果显示，剂量计在较高剂量（如110.4 mGy）的照射下能够准确记录RPL信号，但在较低剂量或非均匀辐射分布的情况下，可能会出现测量精度不足的问题。这是因为当前的读出系统对紫外线的检测灵敏度有限，且测量算法的时间常数尚未完全优化。
尽管如此，该剂量计及其读出系统仍然展示了其在医疗和工业环境中的巨大潜力。它可以用于可视化辐射暴露水平和剂量分布，从而帮助医疗人员更好地了解他们在高辐射环境中的暴露情况。此外，该系统的设计使得辐射监测更加便捷，无需复杂的操作或额外的设备。未来的研究方向包括优化透镜结构和读出系统，以提高检测灵敏度和准确性，特别是在低剂量和非均匀辐射条件下的表现。通过改进光学滤波器和组件，以及调整激发紫外线LED的驱动电压，有望进一步增强系统的性能，使其能够更可靠地提供临床所需的定量数据。
总的来说，这项研究为局部辐射监测提供了一种新的解决方案，特别是在眼睛区域。该剂量计不仅能够快速确认辐射暴露情况，还能够在单个便携设备中实现对局部辐射剂量的定量评估。其设计的紧凑性和集成性使其在实际应用中更加实用，同时也为未来的优化和改进提供了明确的方向。通过不断改进检测系统和优化透镜结构，这种剂量计有望成为医疗和工业领域中一种重要的辐射监测工具，为工作人员提供更全面的辐射保护和剂量评估。
