Возможности сканирования проиллюстрированы на фантоме, манекене в натуральную величину, сделанном из тканевого эквивалента, что означает, что он поглощает, передает и рассеивает рентгеновские лучи так же, как человеческие ткани. На сканированных изображениях обнаруживаются «спрятанные» под одеждой манекена предметы – лезвие бритвы, порошковые и пластмассовые взрывчатые вещества или сотовый телефон. В исследованиях NIST и NAS фантомы использовались для оценки уровней обратного рассеяния рентгеновских лучей операторам и другим прохожим.
Пассажиры авиакомпаний уже сказали «добрый путь» скандальным рентгеновским сканерам безопасности с обратным рассеянием, снятым с U.S. аэропортов в 2013 году из-за опасений по поводу конфиденциальности и потенциальных радиационных рисков. Но эти устройства могут быть повторно представлены в будущем, отчасти потому, что они создают превосходное изображение многих скрытых угроз, и Конгресс все еще хочет знать, обеспечивают ли эти системы, которые в настоящее время используются в тюрьмах, на алмазных рудниках и в вооруженных силах, безопасные уровни излучение для проверяющих и людей, которых они проверяют.
Два года назад исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) в Гейтерсбурге, штат Мэриленд, США., подготовил отчет, в котором говорится, что уровни радиационного облучения, производимые одним широко используемым классом машин обратного рассеяния, соответствуют применимым национальным и международным стандартам безопасности. Чтобы оценить эти результаты, а также аналогичные выводы в других учреждениях, Конгресс приказал провести независимую стороннюю оценку систем обратного рассеяния, которую должна провести группа, выбранная Национальной академией наук (NAS). На прошлой неделе NIST провел исследование NAS в кампусе Гейтерсберга, в лаборатории, которая содержит правительственную машину обратного рассеяния, которая когда-то проверяла пассажиров в аэропорту Ла-Гуардия.
Государственные учреждения регулярно просят национальные академии провести углубленные исследования, говорит Эрик Сведберг, старший сотрудник по программам Национального совета по материалам и производству НАН и директор по исследованиям оценки сканера НАН.
"Как независимая некоммерческая организация, национальные академии могут рассмотреть практически любой вопрос в пределах своей компетенции, не имея «доли участия в игре»," Сведберг говорит.
Группа NAS будет использовать ту же модель сканера, которую NIST использовал для своих измерений – Rapiscan Secure 1000, который широко использовался для проверки пассажиров в аэропортах по всей стране. Сканер NIST – одна из очень немногих доступных машин в стране, которая не находится ни в хранилище, ни в активном использовании, – говорит исследователь NIST Лоуренс Хадсон, соавтор оригинального отчета NIST за 2012 год.
В отличие от излучения, используемого в сканерах всего тела миллиметрового диапазона, используемых в настоящее время в аэропортах, излучение в рентгеновских сканерах обратного рассеяния, таких как Secure 1000, является ионизирующим. Ионизирующее излучение может разрушать химические связи и, как было показано, при превышении определенного уровня воздействия связано с риском развития рака. тем не мение, "мы живем в море радиации," Хадсон говорит, что с естественными источниками ионизирующего излучения, включая космические лучи, бананы и минералы, которые могут появляться в таких продуктах, как наполнитель для кошачьего туалета. "Таким образом, чтобы оценить относительный риск, исследователям необходимо точно измерить воздействие таких систем и сравнить эти измерения с другими воздействиями ионизирующего излучения," он продолжает.
Члены команды НАН и представители национальных академий со сканером NIST. Слева направо: Лесли Брэби, Эрик Сведберг, Сандра Хайланд, Дэвид Хинтенланг и Садие Редзович.
Для сравнения, типичная ежедневная "эффективная доза для всего тела" от естественных источников составляет около 1000 мкбэр (мкбэр) или, в единицах СИ, 10 мкЗиверт (мкЗв) – обе единицы для измерения поглощенной дозы излучения. Рейс на самолете из Нью-Йорка в Лос-Анджелес добавляет дополнительные 4000 мкбэр (40 мкЗв) к дневной дозе пассажира. Анализ NIST 2012 года показал, что дозировка при однократном сканировании с помощью сканера Secure 1000 составляет 1.26 мкбэр плюс-минус 0.08 мкбэр (12.6 нЗв плюс-минус 0.8 нЗв).
Все источники рентгеновского излучения проникают, а также рассеивают или отражают, когда сталкиваются с тканями. Но вместо того, чтобы собирать прошедшие рентгеновские лучи, как для медицинских изображений, эти сканеры собирают рентгеновские лучи, которые отражаются от кожи. Обычно машины собирают два изображения, одно спереди и одно сзади.
Rapiscan Secure 1000 – это система для одной позы. Для сканирования человек стоит между двумя блоками, в каждом из которых находится подвижный источник рентгеновского излучения, перемещающийся вверх или вниз внутри блока. Рентгеновские лучи от источника проходят через горизонтальную щель, которая дает плоский веерообразный луч, а затем сталкиваются с вращающимся колесом с зазубринами. Вырезы дополнительно уменьшают выходной сигнал до небольшого квадратного пучка рентгеновских лучей, который сканирует тему за строкой, как факсимильный аппарат. Этот "летающее пятно" рентгеновские лучи проходят через одежду, отражаются от кожи и собираются серией детекторов рентгеновского излучения большой площади внутри сканера.
"Это действительно умный способ получить хорошо разрешенное изображение объекта или человека с минимальным воздействием радиации," Хадсон говорит. Рентген "пятно, место" тратит всего несколько десятков микросекунд на каждую часть тела. Разрешение результирующего изображения определяется размером небольшого пятна, а не размером детекторов, большой размер которых просто помогает увеличить чувствительность.
В своем отчете за 2012 год команда NIST использовала радиационные детекторы для создания трехмерной карты облучения, показывающей уровни радиации в зоне проверки, расстояние между двумя сканирующими блоками, где будет стоять человек. Затем Хадсон и его коллеги использовали эту карту экспозиции, чтобы оценить, какую дозу человек получит на все свое тело, а также на отдельные органы, особенно на кожу и глаза.
Неудивительно, что кожа получает более высокую дозу рентгеновских лучей, чем орган внутри тела. Однако, по словам Хадсона, кожа – один из наименее радиочувствительных органов. Расчет "эффективная доза" принимает это во внимание для получения числа, используемого регулирующими органами для определения соответствия стандартам безопасности. Используя три разных подхода для оценки эффективной дозы на различные органы, ученые NIST обнаружили, что эти цифры находятся в пределах, рекомендованных Национальным советом по радиационной защите и измерениям (NCRP) и Международной комиссией по радиологической защите (ICRP). Например, для достижения годового рекомендуемого лимита для кожи потребуется 465340 сканирований в год, а для достижения рекомендуемого лимита для глаз – 139 602 сканирования.
Исследователь NIST Джек Гловер со сканером изображения фантома.
По словам Сведберга, отчет NAS должен быть готов к концу года – началу 2015 года. Между тем, NIST пересмотрел методы измерения и инструменты, которые исследователи использовали для измерения растрового источника рентгеновского излучения, подобного тому, который используется в методе обратного рассеяния. Хадсон объясняет, что экстраполировать уровни доз в зависимости от расстояния, создаваемые различными реализациями систем обратного рассеяния рентгеновских лучей, сложно, поскольку источники рентгеновского излучения не являются стационарными; вместо этого они перемещаются в пространстве и в некоторых случаях также вращаются на протяжении сканирования.
"Если вы хотите сравнить исследования, измеряющие уровни излучения таких машин, вам необходимо уметь правильно экстраполировать на разные расстояния, чтобы увидеть, согласуются ли результаты," Хадсон говорит. "Это не получило широкого признания в опубликованных до сих пор исследованиях и было одним из источников путаницы."
В предстоящей статье в Journal of Research of NIST Хадсон и его коллеги приходят к выводу, что инструменты, обычно используемые в дозиметрии излучения, при правильном применении и интерпретации полностью подходят для определения уровней и скоростей излучения для систем проверки безопасности, которые используют метод обратного рассеяния. Но, поясняет он, ни измерения NIST, ни команда NAS не предназначены для непосредственной оценки безопасности рентгеновских сканеров обратного рассеяния.
"NIST не объявляет такие системы безопасными или небезопасными," Хадсон говорит. "Наша роль состоит в том, чтобы информировать общественные дебаты путем абсолютного измерения уровней воздействия, проверки инструментов и методов измерения и оценки неопределенностей."