施敏懿

摘 要

目的：調(diào)研兒童CT劑量估算方法和兒童CT輻射風(fēng)險(xiǎn)與輻照劑量和年齡的關(guān)系。方法：閱讀文獻(xiàn)并總結(jié)兒童CT輻射風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)研究成果，其中主要是流行性病學(xué)的調(diào)查。結(jié)果：0～1歲的嬰兒CT檢查的有效劑量明顯高于成年人;而且單位劑量的輻射風(fēng)險(xiǎn)隨年齡的減少而增加;腦部輻射劑量達(dá)到60mGy時(shí)的患腦癌的風(fēng)險(xiǎn)是未受照射的三倍。紅骨髓輻射劑量50mGy時(shí)患白血病的風(fēng)險(xiǎn)是未受照射時(shí)的三倍。結(jié)論：兒童相比成年人對輻射敏感性更高，為了降低相對輻射風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)盡量降低單次CT的輻射劑量。

關(guān)鍵詞

兒童CT;輻射;風(fēng)險(xiǎn)評估

中圖分類號： R473.72? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 10 . 71

0 前言

20世紀(jì)70年代初，計(jì)算機(jī)斷層成像（簡稱CT）開始運(yùn)用于臨床，其臨床使用價(jià)值很快得到認(rèn)可。隨著CT的發(fā)展，其臨床應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，受檢人次急劇增加，CT檢查已成為人造電離輻射所致人均有效劑量的最大來源。而正處于生長發(fā)育旺盛時(shí)期的兒童相比于成人有著更高的放射性敏感性，兒童CT檢查已日益受到公眾關(guān)注，兒童CT的輻射風(fēng)險(xiǎn)也成了其中最關(guān)鍵的一個(gè)問題，直接決定了CT檢查規(guī)范的制定以及防護(hù)措施的實(shí)施。

1 兒童CT輻射劑量估算

1.1 劑量測量方法

目前國際上對兒童CT劑量的研究主要集中在兩個(gè)方面[1]，一是利用不同尺寸的等效體模（代表不同年齡的兒童），或根據(jù)真實(shí)個(gè)體進(jìn)行CT掃描得到的不同性別、不同年齡的體素體模，同時(shí)應(yīng)用蒙特卡羅技術(shù)估算有效劑量，并開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算軟件。例如CT-Expo劑量估算軟件[2]（CT-Expo，Medizinische Hochshule，Hannover，德國）基于德國1992年和2002年CT設(shè)備調(diào)查的數(shù)據(jù)資料開發(fā)而來。其中需要輸入的參數(shù)有：CT制造商、設(shè)備型號、掃描方式、管電壓（kV）、管電流（mA或mAs）、螺旋時(shí)間（s）、螺距、X射線管旋轉(zhuǎn)一周檢查床所移動(dòng)的距離、準(zhǔn)直器寬度、掃描厚度、掃描范圍。

二是通過電離室分別測量兒童等效體模中心和周圍處的CT劑量指數(shù)（CTDI），然后根據(jù)權(quán)重計(jì)算得到加權(quán)CT劑量指數(shù)（CTDIw）和劑量長度乘積（DLP），利用DLP與有效劑量E之間的相關(guān)性和線性關(guān)系，根據(jù)它們之間不同年齡、不同掃描部位的轉(zhuǎn)移系數(shù)估算劑量[3]。但是根據(jù)歸一化系數(shù)計(jì)算得出的兒童CT有效劑量只適用于群體劑量調(diào)查，不適合于針對個(gè)體劑量的精確估算。

1.2 兒童CT輻射劑量與成人比較

以螺旋CT這種常用的掃描方式為例，比較兒童與成年人的CT輻射效應(yīng)，不難發(fā)現(xiàn)，相同的掃描條件下，嬰兒受到輻射的有效劑量比成年人更多。表1[4]闡明了這一結(jié)論。即使通過降低管電壓以及管電流能適當(dāng)?shù)販p少有效劑量，但是由于兒童的組織或器官之間的距離相對成人更小，當(dāng)掃描感興趣的部位時(shí)，附近的器官或組織仍會(huì)受到更高的劑量。

1.3 兒童CT劑量與年齡的關(guān)系

兒童接受CT照射的年齡是影響CT劑量的重要因素，掌握劑量隨年齡的變化規(guī)律對于兒童CT的輻射防護(hù)有重要意義。為了估算出兒科CT的器官劑量，應(yīng)用了Huda等人[5]給出的頭部CT和腹部CT檢查的有效劑量隨年齡變化的函數(shù)關(guān)系。圖1即為兩種類型的CT的不同器官的劑量隨年齡的變化[6]。這里假設(shè)不同年齡使用的CT掃描參數(shù)相同，從圖中不難看出各個(gè)器官的劑量的輻照劑量都是隨著年齡降低迅速增加的。這個(gè)有效劑量與年齡的函數(shù)關(guān)系與Zankl等人[7]用蒙特卡羅方法計(jì)算得到的結(jié)果是吻合的。他們用電腦仿真模擬計(jì)算得到的7歲兒童CT檢查劑量相對成年人的1.35倍，而這個(gè)函數(shù)關(guān)系得到的相對劑量值是1.39。

2 兒童CT輻照風(fēng)險(xiǎn)評估

不少機(jī)構(gòu)和組織都針對兒童CT的輻照風(fēng)險(xiǎn)這一問題展開了調(diào)查研究，研究的方法主要分為兩類：第一類是通過調(diào)查日本廣島/長崎核爆炸超過十萬的幸存者的流行病學(xué)資料，研究得到受輻照誘發(fā)癌癥的風(fēng)險(xiǎn)模型，再結(jié)合兒童CT的掃描劑量參考值，即可評估兒童CT的輻照風(fēng)險(xiǎn);另一類是從醫(yī)療機(jī)構(gòu)實(shí)施CT檢查治療的患者中選擇合適的樣本，統(tǒng)計(jì)記錄掃描參數(shù)，患者的年齡性別等信息，然后追蹤調(diào)查CT檢查后患癌癥或其他輻射引起的疾病的概率從而估算輻照的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 兒童CT輻照風(fēng)險(xiǎn)與年齡的關(guān)系

BEIR 5號報(bào)告以及ICRP 60報(bào)告都給出了單位劑量輻射的誘發(fā)的癌癥相對致死風(fēng)險(xiǎn)與受輻照年齡的變化關(guān)系，如圖2所示，圖中實(shí)線部分是BEIR 5號報(bào)告的風(fēng)險(xiǎn)與年齡變化關(guān)系，而虛線部分則是ICRP 60號報(bào)告給出的風(fēng)險(xiǎn)與年齡的變化關(guān)系[6]。兩者都是基于風(fēng)險(xiǎn)模型相同，相對風(fēng)險(xiǎn)受性別、受照射年齡、受輻照后的時(shí)間等因素的影響。并且在處理低劑量的情況時(shí)，采用了高劑量向低劑量的線性外推的處理方法。兩個(gè)報(bào)告雖然給出的結(jié)果雖然不盡相同，但是不難發(fā)現(xiàn)，單位劑量的輻射誘發(fā)癌癥的相對風(fēng)險(xiǎn)是隨著受照射年齡降低而增加的。也就是說兒童在CT檢查中若和成年人受到的劑量相同的話，兒童的輻射誘發(fā)癌癥風(fēng)險(xiǎn)要高于成年人?？紤]的CT檢查時(shí)兒童各個(gè)組織器官受到輻照的不均勻性，將總的癌癥風(fēng)險(xiǎn)細(xì)分到不同器官的患癌癥風(fēng)險(xiǎn)，得到的單位劑量的癌癥風(fēng)險(xiǎn)隨受照射年齡也有著相同的變化趨勢，各個(gè)器官的輻射敏感性還是存在一定的差異的。

圖2 單位劑量的風(fēng)險(xiǎn)與輻照年齡關(guān)系

圖3 估算輻射致癌風(fēng)險(xiǎn)隨CT年齡變化關(guān)系

結(jié)合單位劑量的風(fēng)險(xiǎn)模型和CT輻射劑量與年齡的函數(shù)關(guān)系即可估算得到總的風(fēng)險(xiǎn)值隨CT年齡變化的關(guān)系。如圖3所示，輻射致癌風(fēng)險(xiǎn)隨著年齡降低迅速增加[6]。這是由于單位劑量的風(fēng)險(xiǎn)與輻射劑量都是隨年齡降低而增加，這兩者的增加相乘疊加起來的變化就非常明顯了。也就充分說明了兒童CT的輻射致癌風(fēng)險(xiǎn)相對成年人大大地增加了[8]。

2.2 兒童CT輻照風(fēng)險(xiǎn)與劑量的關(guān)系

Mark等人[10]在英國開展了一個(gè)調(diào)查項(xiàng)目，他們選取了沒有患癌癥并在英國的國家健康中心（NHS）做CT檢查的病人作為研究對象。從1985年到2002年，這些病人均在他們低于22歲的年紀(jì)進(jìn)行了一次或一次以上的CT檢查。從1985年1月1日截止到2008年12月31日，研究人員追蹤調(diào)查了這些病人患癌癥或換白血病的概率和死亡率。而且為了排除了這些病人中做CT進(jìn)行癌癥診斷，調(diào)查只記錄了第一次CT五年后患癌癥和白血病的情況。通過調(diào)查研究估算得到分別患白血病和腦癌的相對風(fēng)險(xiǎn)與劑量的關(guān)系如圖4所示[10]。圖中的虛線是線性擬合得到的相對風(fēng)險(xiǎn)與劑量的線性關(guān)系，實(shí)際上，在紅骨髓輻照劑量較低時(shí)（0～30mGy），患白血病的相對風(fēng)險(xiǎn)并不是隨著劑量增加單調(diào)增加的;同樣的，腦部輻照劑量在0～150mGy范圍內(nèi)也不是單調(diào)增加的，這與傳統(tǒng)的線性無閾模型是矛盾的，說明用線性無閾模型評估分析存在一定的局限性。

現(xiàn)在考慮兒童多次CT輻射的風(fēng)險(xiǎn)問題。15歲以下兒童一次CT腦部受照射劑量在20～30mGy之間，紅骨髓受照射劑量在4～10mGy之間。15歲以下兒童進(jìn)行5～10次頭部CT的紅骨髓累積輻射劑量達(dá)到50mGy，這時(shí)的患白血病的風(fēng)險(xiǎn)是相對未經(jīng)過CT的兒童的三倍;進(jìn)行2～3次頭部CT腦部受輻射劑量達(dá)到60mGy，這時(shí)患腦癌的風(fēng)險(xiǎn)也是相對未經(jīng)CT的兒童的三倍。單次CT檢查由于輻射劑量較低，給兒童帶來的患癌或白血病的相對風(fēng)險(xiǎn)可能不明顯甚至可以忽略，但多次掃描累積的劑量值則達(dá)到一定程度，這時(shí)帶來的輻射風(fēng)險(xiǎn)增加將變得不容忽視。如果CT檢查不可避免，那么，如何降低單次CT掃描的有效劑量顯得尤為重要。

2.3 兒童CT的輻射防護(hù)

一些研究[11]表明兒童CT的劑量可以通過調(diào)節(jié)掃描參數(shù)（例如降低管電流和管電壓）降低30%到50%或更多，并且獲得和成人CT相同的CT成像質(zhì)量。但是大多數(shù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)沒有根據(jù)病人的年齡、體重等調(diào)整掃描參數(shù)以致兒童遭受了不必要的過多的輻射劑量。因此，研究兒童CT掃描的輻射風(fēng)險(xiǎn)對于醫(yī)療機(jī)構(gòu)給出既能滿足醫(yī)療要求的CT成像質(zhì)量，又能有效降低輻射劑量的CT方案對于兒童CT的輻射防護(hù)有著重要意義。

目前，降低兒童CT檢查的輻射劑量的方式主要分為兩類：一類是根據(jù)兒童的體型，年齡，體重等優(yōu)化CT掃描的參數(shù);另一類是研究和優(yōu)化重建算法，從根本上解決CT圖像重建對X射線強(qiáng)度要求，從而較低的輻射劑量也能得到優(yōu)良的重建圖像[14-16]。除了降低輻射劑量外，建立相應(yīng)醫(yī)療照射的劑量參考水平是實(shí)現(xiàn)防護(hù)最優(yōu)化的重要舉措，一些國家、地區(qū)相繼開展了制定劑量參考水平的相關(guān)工作[12]。

3 總結(jié)與討論

3.1 兒童CT掃描的特殊性

兒童相對于成人有高輻射敏感性，特別是甲狀腺、乳腺及性腺組織，這意味著對于兒童單位質(zhì)量的組織接受相同的劑量會(huì)比成年人有更大的輻射危險(xiǎn)由于兒童的身體尺寸更小，使得組織或器官間的距離變小。如果用和成人同樣的CT裝置掃描兒童，一些正常組織就可能被包括在CT檢查的X射線范圍內(nèi)，乳腺可能處在腹部CT掃描檢查的上邊界之下，即便不被包含在掃描射線范圍內(nèi)，也容易受到散射線的影響。

兒童相對于成人有更長的生存時(shí)間，由于輻射危險(xiǎn)在整個(gè)生命周期內(nèi)具有累積性，使發(fā)生潛在危害效應(yīng)的可能性增加，因此不同年齡的人群，其輻射危險(xiǎn)是不同的。

兒童相對于成人有更高的輻射劑量，相同的掃描條件，兒童受到的劑量更高。這主要與X射線在組織中的物理學(xué)特性有關(guān)。射線照射組織必然受到衰減，因此不同深度的各點(diǎn)必然沉積一定的劑量。對于CT，掃描架與X射線束是旋轉(zhuǎn)的，因此射線可以來自各個(gè)方向照射組織，造成衰減的不同。如果受照射組織體積小，則射線到達(dá)相同深度的某點(diǎn)被衰減的程度小，因此，相同掃描條件下，體積小的兒童所受劑量明顯高于成人，然而這是沒有必要的。因?yàn)?，CT參數(shù)顯著地降低仍可保持相同的影像診斷質(zhì)量，而目前普遍的情況是醫(yī)生并未針對兒童采取最優(yōu)化的掃描條件，導(dǎo)致兒童接受更多的不必要的輻射劑量。

3.2 兒童CT輻射的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

目前關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)估算存在一定爭議的地方就是低水平輻射是否導(dǎo)致致死性癌癥的顯著增強(qiáng)，有部分人認(rèn)為低劑量的輻照并不能引起顯著的影響[13]，甚至有流行病學(xué)研究得到低劑量照射后低于預(yù)期致癌水平的結(jié)論。

恰好相反，根據(jù)日本原爆幸存者的50年跟蹤調(diào)查研究結(jié)果，這些研究支持線性無閾假說，發(fā)現(xiàn)低劑量輻射所致危險(xiǎn)持續(xù)存在，且兒童時(shí)期的輻射風(fēng)險(xiǎn)是最高的。那么，即使兒童CT有著不可替代的重要醫(yī)療作用，但它帶來的不必要的輻射劑量總是伴隨著額外的風(fēng)險(xiǎn)，這些潛在的風(fēng)險(xiǎn)是不能被忽視的。隨著兒童CT檢查的頻率不斷增加，為促進(jìn)兒童CT檢查的合理化應(yīng)用，降低兒童CT劑量，減少其輻射危害，在臨床上制定兒童CT檢查技術(shù)規(guī)范很有必要。

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