近年来，核能和核技术飞速发展，环境中越来越多的场所出现了放射性物质，恐怖袭击、核废料的排放和放射性事故的发生也大大增加了公众受到意外照射的概率^[1]，公众对核辐射的关注日益增加^[2]。但由于信息公开不全面以及科普宣传不到位，使公众对核技术的应用存在认知上的偏差，或在受到意外暴露时对自身受照剂量没有明确的概念与准确的估算，容易产生恐核心理^[3]。因此在这种情况下，对可能受影响的人进行剂量估算不仅满足个人或群体对自身健康状况的需求，同时对受照人群进行快速分类和后续治疗也十分重要^[4-5]。即使在暴露量很小的情况下，剂量信息也很重要，这样可以最大程度地减少公众的不良恐慌。在意外暴露的情况下，主要问题是在公众中引起的恐慌而不是由于辐射暴露造成的实际健康危害，迅速准确的剂量测量方法将帮助人们放心的接受微不足道的或低水平的照射^[6-7]，而无需过度关注或采取行动。另一方面，公众关注自身健康的意识逐渐加强，对随时随地了解所处环境条件下的辐射剂量水平的需求增加，尤其在一些高本底地区，实现实时监测是很有必要的。

回顾性剂量学^{[8- 9]}是在受到意外照射时经常采用的研究方法。个人剂量计是监测受照剂量必不可少的^[10]，但多数情况下，绝大多数暴露者并没有配备个人剂量计或报警仪，这就需要寻找可替代的材料来充当偶然剂量计，从而对受照剂量进行合理估算。理想情况下，偶然剂量计应放置在靠近人体的地方，由很大一部分人携带，可实现快速制备、测量且对低剂量辐射足够敏感。经研究发现，手机符合偶然剂量计的诸多要求。首先手机普及率高，体积小且覆盖人群广，重要的是研究人员发现手机中的诸多元件（电阻、玻璃屏幕、电容、集成电路等）都可以表现出辐射诱导的发光信号，提供可靠的剂量测定，从而认为手机具有进行回顾性剂量测定的巨大潜力，是事故剂量计的理想选择。除此之外，手机智能化发展越来越快，在摄影技术、处理器芯片技术、电子设备屏幕显示技术、操作系统技术、电池存储技术等方面都迎来了高速的发展^[11]，特别是智能手机内置多种传感器和支持丰富的射频信号，可提供不同的定位源，实现精准的定位^[12]。研究人员发现将手机与探测器相结合，可实现正常环境状态下辐射剂量的实时监测，方便快捷。

因此本文就基于手机的个人受照剂量估算的研究进展及利用手机的智能化对个人所受剂量进行实时监测的相关设计进行综述。

1 基于手机元件的个人受照剂量估算研究

为了方便迅速地对受到意外照射的公众进行剂量估算，人们加大研究力度，寻找具有辐射敏感性的材料，这些材料贴近人体，可作为偶然剂量计快速确定个人所受剂量。早期有研究人员提出了从电子设备中提取电子组件进行分析的建议，其应用范围从快速事故剂量重建到发射伽玛射线的放射性物质的跟踪和归因^[13]。还有对常见的个人物品进行热致发光的剂量研究^[14]。手机可以提供多个电子元件和详细剂量信息，可用于非侵入性的回顾性剂量测定，并对开展个人剂量监测提供可靠参考与技术支持。

1.1 手机玻璃屏幕

玻璃普遍存在于各种个人物品中，受到研究者的广泛关注^[15]，而手机玻璃屏幕面积大、易获取，成为了经济实用的材料之一，但受外部光线影响，研究大多选用离手机前部较远的玻璃。早在2010年，Bassinet等^[16]就采用热致发光（TL）和电子顺磁共振（EPR）光谱法研究了玻璃的辐射诱导信号，给出了剂量响应、信号稳定性和贮存条件的影响。研究表明，玻璃是回顾剂量学的一种有前途的材料。但需注意的是采用TL方法时需要考虑信号衰减以及本底剂量的影响，采用EPR方法时，需进一步研究样品破碎或紫外线等参数的影响。之后研究人员对手机玻璃屏幕进行探究时也大多采用TL和EPR方法，其中TL方法具有快速剂量测定和测量自动化的优势。

对玻璃屏幕的剂量学特性进行研究，包括检测限、本底剂量和信号衰减等。通过对84个玻璃样品进行表征^[17]，发现对电离辐射敏感的玻璃材料主要有2类：石灰铝硅酸盐玻璃和硼硅酸盐玻璃，它们在长期信号稳定性和检测限方面具有优势，剂量在10～20 mGy，测得的TL信号与照射的剂量呈线性关系。实验证明，如果TL信号的存储和光漂白引起的信号损失得到充分校正，则可以使用手机的玻璃样品来重建吸收剂量。但同时也存在问题，即使在没有暴露于电离辐射的情况下，所有对电离辐射敏感的玻璃屏幕都出现固有本底信号，且会与辐射诱发的信号重叠，从而限制检测限^[18]。本底信号的强度和形状即使在同一类型的玻璃中也不尽相同，因此如何降低本底信号对样品的影响成为另一个研究课题。

研究人员推测，薄膜晶体管制造过程中，紫外光照射玻璃屏幕产生的诱导信号可能导致本底信号，然而通过紫外线照射模拟信号的产生并未成功。目前为了减少本底剂量对剂量重建的影响，提出了3种方法来去除本底信号。第1种是Discher和Woda^[17]提出的从总的剂量中减去平均的本底剂量，在剂量恢复试验中，其应用导致平均重建剂量比给定剂量低大约10%。第2种方法是通过光学检测滤波器将辐射诱发的信号与固有本底TL信号分离，但发现未被辐射的玻璃样品与辐照样品发出相同波长的光^[19]。第3种是从样品中去除本底信号。因为本底信号不能渗透到玻璃中，只来自于玻璃的表面层，由于玻璃厚度较薄，直接去除玻璃外层不能实现，从而提出了化学蚀刻方法^[20]和金刚石研磨的机械方法^[21]，这也是当前最有效的方法。采用浓氢氟酸（HF，40%）来去除背面玻璃表面的TFT结构，通过测试发现，作用4 min是最优蚀刻条件，可将本底剂量信号降低90%。通过该方法，检测限降低了4倍，相当于80 mGy。蚀刻不产生TL信号，剂量信息不受影响。用284 mGy的事故剂量进行剂量恢复测试也证实了这一改进方法。通过金刚石磨头研磨玻璃表面层，同样可显著降低非辐射诱导的本底信号且不影响发光曲线的强度和结构。但需要注意的是，额外的制备步骤会增加单个样品的处理时间，在发生大规模事故照射时，会降低检测速率，仍需进一步优化与改进。

手机玻璃屏幕的研究中，大部分是集中在回收材料的吸收剂量上，但手机携带的位置和辐射源的位置会对剂量测定产生影响，空气中的剂量或携带设备的暴露者的剂量可能会有所不同（见表1）^[22]，为了更精确地估算人体组织中的吸收剂量，还需对手机玻璃显示器的光子能量依赖性和角响应进行研究^[23]。发现对于低光子能量（～50 keV），2类玻璃显示器具有相似的能量过度响应；对于角响应，在α ± 60°较平坦，在90°～270°观察到强屏蔽效应。通过建立手机几何模型^[22]，针对各种照射条件以及不同的几何和材料特性进行蒙特卡罗模拟，发现理论计算结果与观察到的响应基本吻合。结果表明暴露于低能光子时必须引入适当的光子能量校正因子，以便在放射事故中准确确定剂量。

采用EPR方法对手机玻璃屏幕进行了实验室间的比较^[24]。对于来源与储存环境相同的样品，检测限偏低，约为0.75 Gy；而来自不同手机、储存在不同光照和温度条件下的样品，检测限约在2.7～3.1 Gy。这些结果表明触摸屏中的玻璃本质上适用于剂量学分类，若要模拟实际中的真实情况，还需进行深入研究，比如玻璃对环境参数的不同敏感度以及对参数的优化等。

1.2 手机电子元件

手机电路板上存在许多不同的电子组件，例如电阻器、电容器、集成电路、电感器等，采用发光技术（OSL、IRSL和TL）研究发现这些电子元件中大多数表现出辐射诱导的发光信号，证实这些材料可用来追溯剂量测定。

自1990年以来，由多家公司生产的200多种芯片卡的辐射剂量响应均使用红外激发发光（IRSL）进行了研究。已经观察到某种类型的电话芯片卡可用作个人剂量计^[25]。芯片卡由包含二氧化硅的环氧树脂保护，IRSL信号与250 mGy～5 Gy的辐射剂量呈线性关系，并且在环境温度下稳定。但芯片卡上的具体辐射敏感部件还需进一步识别。

氧化铝材料在应急剂量评估中具有很大潜力^[26]。手机元件中的氧化铝成分有更高的OSL灵敏度，因而研究人员对3种电子组件（电阻，电容和集成电路）进行OSL特性研究^[27]。电阻是研究较多的元件，并进行了实验室间的比较，对从手机中获取的电阻采取2种不同的方法进行测量，即“快速模式”和“全模式”^[28]。2种模式都具有正确识别分类剂量范围和评估实际的模拟事故剂量的能力。电阻器在0.7～27 Gy，OSL剂量响应呈线性，与Pascu等^[29]人得到的结论一致。在进一步的探究中，比较了电阻在手机中的不同位置与手机不同工作模式下的剂量测定^[30]，发现手机在使用时比在关机状态下电阻的剂量要低，测量的剂量差约为10%，这种影响与手机内部温度升高有关，这反过来又会增加衰退率。通过在不同手机层上放置附加电阻来测量手机体积内的剂量均匀性，发现原有电阻吸收剂量比手机前附加电阻低9%。所以在考虑手机工作模式、电阻位置和衰减等因素后，可获得更高的测量精度。关于电容器剂量学特征的研究较少，可能是因为电容器灵敏度较低。OSL信号仅在钽电容器中检测到，对不同电容器进行测试发现剂量—OSL信号响应曲线是线性的^[27]和变化的（即线性、指数饱和、指数相关）^[29]。电容器性能差异可能是由材料不同引起的，但同样具有紧急剂量测定的潜力。集成电路^[31]作为偶然剂量计有一个优势，它们体积庞大、广泛存在，易于定位和从移动电话中提取。与玻璃显示屏相比，集成电路还可以免受环境和手机内部光线的影响。已有报道集成电路在0.7～160 Gy，OSL剂量响应呈线性^[27]，使用9.4 Gy的剂量进行10个周期的“辐射-OSL测量”循环，OSL效应增加了53%。在剂量重建实验中，对样品施加15 Gy的剂量，发现约有18%的低估。这些材料都存在不同程度的信号衰减，优化校正方法可提高估算准确度。

除了OSL发光技术，TL方法也广泛应用于电子元件的研究中。对电感器的TL研究中^[32]，发现与电阻相比它们基本上没有TL中的零剂量信号，且在220℃附近的温度具有相似的峰值强度。当一起测量10个0.5 mm × 1.0 mm的电感器时，检测限大约为10 mGy。即使在暴露几周后，衰减率也相对较低，大约下降20%，因此使用TL进行研究有可能避免衰减校正的必要性。但剂量重建实验表明，对于500 mGy的给定剂量，观察到系统剂量高估10%～40%，这与第1次TL读出期间灵敏度的变化有关，需要用完整的手机进一步研究校正因子的选择。集成电路TL信号的特点是曝光后随时间的稳定性更好^[33-34] ，检测限值在40～250 mGy，且暴露一周后信号衰退约20%。此外富含硅的SIM卡的TL信号在230℃有明显的峰值，其线性剂量响应在10～600 Gy，证实其同样可用于剂量重建^[35]。

2 基于手机的个人受照剂量的监测研究

除了利用手机的诸多部件进行剂量重建，还可借助手机的智能化显示对个人受照剂量进行有效监测。已有多篇专利研究了将智能手机与个人剂量监测有效结合。

比较普遍的思路是将手机作为其中一个模块，与其他设备共同工作。在2012年一篇专利中将手机与手表结合起来^[36]，可用于辐射剂量监测。其中手机为安装有传感器的监测模块，内置监测软件，手表为显示模块，二者通过蓝牙连接。该设计减小了监测器的外形并提高了传感器的灵敏度。将手机作为显示模块而设计的另一种微型个人辐射剂量探测器^[37] ，不仅可以检测到辐射剂量水平，还可以通过GPS定位模块获取当前位置信息，再通过数据交换模块与手机建立连接，就可通过手机查看辐射剂量水平，信息交互方便，结构简单。类似的可监测辐射量和辐射距离的智能腕带^[38]也可满足需求。辐射探测感应模块在智能腕带内部，显示部位在手机中，二者同样是通过蓝牙连接，AD传感器的精度为8位，具有准确性、实时性的特点。

移动互联网在生活中被广泛应用，同样可用于一种新型的辐射剂量巡测仪^[39]，该设备包括探测器和智能手机，二者通过手机的3.5 mm耳机接口连接，可直接给出人体电离辐射剂量当量。探测器采用半球形塑料闪烁体，首先使用蒙卡模拟软件对能量响应和探测效率进行模拟计算，得到H_p（0.07）和H_p（10）修正系数。再利用手机软件对输入脉冲信号进行分析计算得到个人剂量当量数值，其能响最大偏差 ≤ 10%，0～2π立体角上角响应偏差低于5%。利用移动互联网数据存储、上传和集中管理的便利性，提高辐射监测仪的有效性与准确性。利用新型材料作为探测器也是很有前景的应用。SiPM是一种新型光电倍增器件，LYSO:Ce是具有优良性能的闪烁体，二者结合可作为一款新型个人剂量仪的探测器探头^[40]。相较于常见的剂量仪，它能够完成剂量的测量和实现与手机的蓝牙通信，改善了之前剂量仪功耗高、体积大的缺点。

季翔等^[41]提出了另一种基于手机自身图像传感器的辐射剂量监测系统及监测方法，利用手机摄像头中的互补金属氧化物半导体元件作为辐射探测器，在避光状态下，手机软件对检测到的暗电流进行处理，计算出相应的辐射剂量，手机显示屏实时显示，并与安全值进行比较，以方便用户判断所处环境是否安全。与以上技术相比，该系统无需安装额外的探测器，具有成本低、便于携带和适用于大规模监测的优点。

上述研究基于理论方面都具有可行性，但由于没有成品，在实际中的应用有待进一步研究。已设计出成品并做过测试的有2种。一种是将手机充电宝和核辐射探测器巧妙的合二为一^[42]，采用G-M计数管作为探测仪器，通过无线蓝牙通信系统将剂量仪数据发送到手机，用户只需下载应用程序，就可获得环境辐射水平的数据并作出相应防护与应急对策，这样可及时发现放射性污染并防止污染转移。另一种是利用价格低廉的PIN光电二极管作为个人辐射探测器的探测元件^[43]。该智能辐射探测系统基于PIN光电二极管进行探测，通过蒙特卡罗法得到探测效率，经过测试发现，当剂量率< 6 mGy/h时，剂量率响应线性较好，而且探测器在100 keV左右能量响应值最高。但需考虑温度的影响，设备在−30℃～50℃工作良好，温度超过53℃后，探测器可能失效。该设备的优点是成本低、功耗低、性能稳定，且与手机等智能终端设备相配合，满足了公众可自行对环境辐射进行监测的需求。

3 总结与展望

本文主要从2方面阐述了基于手机的个人剂量监测的研究进展。一方面总结了基于手机部件进行剂量重建的可行性，主要有手机玻璃屏幕和手机电子元件（电阻、电容、集成电路、电感）等。这些元部件中含有对辐射敏感的材料，在受到意外照射时，可以储存部分辐射能量，利用发光技术（OSL、TL、IRSL）研究其特有的发光信号，从而推断出意外照射下的个人吸收剂量。该技术对于剂量重建与回顾性剂量学具有重要意义。另一方面总结了微型探测技术与手机相结合的新技术。利用探测器与智能手机的网络功能来开展个人外照射剂量监测。探测器获得的辐射信号经过手机上相应软件的处理，计算出具体的个人剂量数值，可实时显示，帮助公众了解周围环境中的辐射剂量水平与自身所受的剂量值，避免过量照射和减少不必要的恐慌。该技术实用性强、方便快捷，适用于普通公众。

本文所述方法与研究虽取得了一定成功，但还存在一些问题需深入探究。在使用手机元器件材料储存辐射能量，通过发光技术进行剂量重建时，需将元件从手机中拆解出来，造成手机损坏，增加了成本，因此在以后的研究测试中，要尽可能将其从手机中取出仍可保证手机的完好性。同时对材料的研究方法进一步完善，缩短样品制备时间，消除固有本底信号，降低信号衰减速率等，使测量更加准确，更接近人体组织所受的真实照射剂量。还需进一步使用人体模型测试手机剂量，模拟各种条件下的辐照情况，并通过计算模拟确定转换系数。还可进一步探究是否有更适合的其他元部件。除此之外，利用手机智能化进行监测时，要考虑探测器的灵敏度与成本，减少信号传输处理时间，优化软件设计并增加不同的功能，提高测量精度与技术转化率等，在该领域具有很好的研究前景。