钼钨双靶X射线应用于儿童摄片的必要性和可行性

2016-10-20李新超饶克勤弓庆莲孟月莉刘立煌

中国医药导报 2016年27期

李新超　饶克勤　马　越　李　玲　弓庆莲　孟月莉　刘立煌　李　静

1.中国医学科学院/北京协和医学院医学信息研究所/图书馆公共卫生信息研究室，北京100020；2.中华医学会，北京100710；3.北京市普标特科技有限公司，北京101318；4.河北省张家口市万全区医院功能科，河北张家口076250

李新超1饶克勤2马越3李玲3弓庆莲4孟月莉1刘立煌1李静1

X射线摄片已经广泛应用于多种疾病的诊断，但是作为一种电离辐射，X射线在为疾病的诊治带来便利的同时，也会给受照者带来一定的辐射伤害，尤其是对生长发育比较活跃的儿童。但是目前并没有专门针对儿童进行摄片的X射线机。而针对成年女性乳腺的钼靶摄影，相对于钨靶摄影而言，可能更加适用于5岁以下儿童摄片。本文综述了X射线对儿童可能造成的危害、钼靶摄影的辐射剂量及其影响因素以及钼钨双靶摄片用于儿童后辐射剂量减小的可能性，以期为适合儿童的X射线机的研发和改进提供参考或借鉴。

X射线；儿童；辐射剂量；钼靶摄片

［Abstract］X-ray has been used in disease diagnosis widely.As a sort of ionization，X-ray has provided convenience for the disease diagnosis and treatment，while it has also brought harm to people especially for children，whose growth is really active.However，there is no X-ray machine designed for children.Mammography can reduce radiation doses which has specialized tubes with a molybdenum target compared with conventional X-ray tubes.It may be more suitable for children radiography.The article reviews the harm of X-ray，mammography doses and its influencing factors，the possibility of X-ray machine reducing doses with molybdenum-tungsten target，in order to provide references for development and promotion of X-ray machines designed for children.

［Key words］X-ray；Children；Radiation dose；Mammography

X射线自诞生100多年以来在疾病的诊断和治疗中展示出了巨大的应用价值。然而作为一种电离辐射，X射线在促进医疗事业发展的同时，也会对身体造成伤害，尤其是生长发育较为活跃的儿童。国家为减少儿童照射的频次，出台了多项政策文件，比如2006年3月1日起施行的《放射诊疗管理规定》［1］中禁止“将核素显像检查和X射线胸部检查列入对婴幼儿及少年儿童体检的常规检查项目”；2014年5月实施的《医用X射线诊断放射防护要求》［2］明确规定“执业医师应掌握好适应证，优先选用非X射线的检查方法，加强对育龄妇女、孕妇和婴幼儿X射线检查正当性判断”等。

1　X射线对儿童的危害

作为一类特殊人群，儿童的人体组织结构和代谢活动与成年人相比具有明显的特异性。儿童对X线的吸收大概每毫安秒辐射剂量比成年人高1.6～1.7倍［3］，对X光的敏感性是成年人的10倍，更容易受到诊断性X射线的伤害。儿童的平均生存时间要远远高于成年人［4］，其今后很可能要比成人接受更多有辐射的检查，辐射的剂量积累会更多，余生肿瘤致死率和致癌率也远高于成人。

1.1确定性效应

确定性效应是短时间内全身受到大剂量的照射而产生的，是大量的细胞被杀死，而这些细胞又不能由活细胞的增殖来补偿，由此引起的细胞丢失可在组织或器官中产生临床上可检查出的严重功能损伤，所观察到的效应严重程度与剂量有关。此类情况很罕见，只有在机器故障未发现或长时间误操作时发生临床表现以中枢神经系统、造血系统、消化系统以及性腺损伤为主，如恶心、呕吐、腹泻、出血、嗜睡、毛发脱落等，严重时导致死亡。尽管成人和儿童体内均有修复组织的调节机制，但是对于儿童而言仍会造成特殊的损伤［5］。

中枢神经系统对辐射有着特殊的敏感性，尤其是暴露年龄较小的儿童。大于20～30 Gy的辐射剂量可能干扰神经元髓鞘的形成和突触的发生，从而进一步导致儿童嗜睡、厌学、共济失调、痉挛、渐进性痴呆等症状［6］。甲状腺结节发生的概率同样会增加，流行病学调查资料显示，在0.1 Gy或以下的辐射剂量就能够增加患病的风险，而且风险随暴露年龄的下降而上升［7］。X射线对于男性患儿性腺的影响随着剂量的变化而不同：当剂量为2～4 Gy时部分精细胞会被杀死；当剂量达10 Gy时会导致大部分男性儿童原发性性腺功能障碍。女性患儿的胸部在接受大于2 Gy的辐射照射后，成年后乳腺很可能会发育不良。

1.2随机效应

随机效应分为致癌效应和遗传效应，致癌效应指在剂量非常小的情况下也可以在细胞内的关键体积内沉积足够的能量，可引起细胞的变化或细胞的死亡，单个细胞的变化，如遗传变化，最后可能导致恶性肿瘤的产生；遗传效应是通过对生殖细胞遗传物质的损害使受害者后代发生的遗传性异常，它是一种表现于受害者后代的随机性效应［8］。影响辐射剂量的因素很多，比如设备类型、曝光条件、焦点距离等；即使接受相同剂量的辐射，不同部位器官吸收的剂量也不相同。比如受检患儿的性腺、甲状腺、眼晶状体、婴幼儿胸腺和乳腺等对射线敏感性较高，接受的平均辐射剂量明显高于其他部位（P<0.05）［9］。长时间受到超过允许水平的低剂量的照射时，在受照数年或数十年后癌症的发病率会增高。对于接受相同的辐射剂量，1岁儿童余生肿瘤致死率为成人的10～15倍，年龄越小，致癌危险性越高。如果5岁儿童接受的辐射剂量为100 mGy时，其致死性癌症的发生率会增加1.2%～1.5%；国外一项长期回顾性研究［10］发现，接受过X射线检查的人，当其寿命达到或超过75岁时，体内肿瘤发生的概率将增加0.6%左右，主要以膀胱、结肠肿瘤和白血病为主。国内有研究结果表明患者在未进行防护的情况下接受X线照射后，外周血细胞减少，差异有统计学意义［11］。0～5岁这一时期暴露的人群患白血病的风险将是成年暴露人群的3～5倍，并以急性白血病为主；而对于肺癌的发生风险，并没有直接证据表明与医源性X射线有关［12］。单次胸部X线摄影的终生癌症死亡率在男女性之间略有差别，男性为0.53/10万，女性为0.78/10万，女性较男性略高；青春期女性接受辐射后乳腺癌风险会高于低龄儿童和成年人，比如15岁的女孩受照后，其乳腺癌的发生率比接受同样剂量的中年女性增加0.3%［13］。

除了癌症发生率增加外，长期慢性辐射损伤还包括：生殖系统的损害，比如流产、早产、死胎、畸胎等；神经衰弱症候群和植物神经功能紊乱症状，比如乏力、头晕、头疼、耳鸣、睡眠障碍、记忆力减退、多汗、心悸、易感冒、牙龈出血、关节酸痛等；皮肤的损害，比如皮肤粗糙、汗毛脱落［14］；眼部的损害，比如晶状体透明度下降，甚至可能引发白内障［15］。

2　钼靶摄影的剂量及影响因素

乳腺钼靶摄影是唯一被美国食品和药物管理局批准用于乳腺癌筛查的检查方法［16］。随着计算机技术的发展，数字乳腺X线摄影技术已逐渐成为乳腺癌普查的首选。乳腺摄影的X线由钼靶X线管产生，是一种软射线，相对于钨靶X线管产生的射线而言，能量较小，适用于软组织摄影。乳腺由脂肪和腺体组成，密度较小，结构较为疏松，水分含量相对较高，在钼靶X射线的投照下，内部结构由于对X射线的吸收不同而产生不同灰阶的对比，进行成像。

乳腺接受的辐射剂量由平均腺体剂量（ADG）作为表征量［17］，影响因素较多。头尾位（CC）和斜侧位（MLO）的平均辐射剂量分别为1.8 mGy和1.95 mGy，侧斜位略高。乳腺的构成也是影响辐射剂量的重要因素之一。成文东等［18］对四种不同乳腺分型的患者受照后的AGD进行测量和分析后认为：致密型乳腺的AGD最大（1.535 mGy），多量腺体型次之（1.305 mGy），少量腺体型再次之（1.010 mGy），脂肪型最小（0.855 mGy），且差异有统计学意义。就系统类型而言，医学界普遍认为全野数字成像的辐射剂量低于屏-片系统［19］，在同一部位相同图片质量的前提下，如胸片拍摄，后者约为前者的2.7倍。而乳腺压迫后的厚度与所接受的辐射剂量关系不大，一项基于欧洲女性的调查显示，在乳腺压迫厚度为5.57 cm时辐射剂量相近［20］。虽然不同的调查由于曝光条件和人群体貌特征不同而导致测量的辐射剂量不同，但总体而言，与钨靶X线摄影相比，钼靶X线摄影辐射剂量的变化范围较小，联合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR）的公开出版物［21］中也说明了这点。见表1。

表1　患者不同部位接受X线摄影的入射体表剂量

3　儿童钼钨双靶摄片减少辐射剂量的分析

前文已经述及儿童身体结构和代谢特征比较特殊，对同等剂量的辐射较成年人敏感；另一方面，与部分部位（如腰椎）的钨靶摄影相比，钼靶摄影的辐射剂量相对较低，变化范围较小，而软射线的能量又足以穿透3～8 cm厚度的身体组织，因此将钼靶同钨靶摄影结合起来，应用于儿科疾病的诊断，尤其是针对5岁以下的儿童，可能会在达到诊断要求的前提下进一步降低辐射剂量。

3.1入射体表剂量（ESD）估算模型的建立

ESD是评价X射线摄影常用的辐射剂量表征量。ESD的确定可以采用在受检者或仿真人体模皮肤表面的照射野中心放置固体剂量计或电离室来直接测量，也可以通过数学模型的拟合来进行估算。通过测量受检者的辐射剂量可以较为准确地评价X射线摄影产生的辐射剂量。但是在全国范围内开展普查，从卫生经济学角度分析很不科学。因此，根据X射线摄影所采用的技术参数来建立受检者ESD估算模式是很有必要的。

基于建立数学估算模式的方法来获取和评价受检者所受辐射剂量的研究已经在世界各国开展，取得一定进展的同时也存在适用性不足等问题。Edmonds［22］利用数学公式估算皮肤表面剂量，由于没有考虑反散射系数，与实测ESD值存在差距。George等［23］在文献中建立了数学模式，也相应地进行了验证，结果发现实测值和估算值拟合度较好，并且可用于日常剂量的跟踪调查，但是仍然存在着适用性不够的问题，验证结果的获得有着较为严格的条件限制。我国这方面的研究资料较少，当前较好的是复旦大学放射医学研究所课题组，从X射线产生的源头角度出发，综合影响X射线产生的各种因素以及临床技师所采用的各种摄影条件，采用线性回归及蒙特卡洛模拟计算，最终得到了普通X射线摄影、CR和DR的ESD估算公式［24］如下：

根据公式（1），只要提供管电压（kVp，单位：kV）、毫安秒（mAs）、焦皮距（FSD，the focus skin distance，单位：cm）、总过滤（d，单位：mmAl）、ESD（单位：μGy），就可以通过此公式计算出来。Gt（高压发生器类型，分单项、三相、中频、高频四种）、μAl（吸收系数，absorption coefficient）、BSF（反散射系数，backscatter coefficient）可以从公开出版物获得。经过现场实验的验证，计算值和实际测量值在胸部AP、胸部LAT和腰椎LAT位偏差分别为1.9%、5.1%和1.7%，属于可接受的范围内［25］。

3.2钼钨双靶摄影降低辐射剂量的可行性分析

钼靶射线可以穿透3～8 cm的身体组织被IP板或感光屏吸收，根据不同部位对射线的吸收程度不同，最终产生灰度不同的对比而成像；而对于较为肥胖的儿童，钨靶又可以提供较为高能量的X射线，保证了图像的可获得性，因此将钼靶和钨靶结合起来使用，不会产生曝光不足的情况。由公式（1）可知，管电压、毫安秒、焦皮距和总滤过等都是ESD的影响因素。Gt的取值：相机的修正吸收为0.64，三相机为0.96，中频机为1.00，高频机为1.1016，临床上使用的诊断性X射线机大都是中、高频机，取值分别为1.00和1.1016。反散射系数BSF的值介于1.1～1.5之间，可以通过蒙特卡罗方法建立数据库。FSD和μAl的值变化范围也不大，因此管电压和mAs是影响ESD的关键因素。如果用钼钨双靶替代单纯的钨靶进行摄影，可以将管电压的范围由原来的60～90 kV变为20～90 kV，若能在保证图像质量的前提下尽量降低mAs，理论上可以降低5岁以下儿童进行放射性检查时所接受的辐射剂量。

基于上述数学模型来看，对于5岁以下儿童使用钼钨双靶X射线摄影能够降低受检患儿的ESD。这里存在几个问题：一是估算模型的建立基于上海市人口辐射剂量普查数据，若应用于其他地区，仍然需要增大测量人群进行进一步验证；二是影响辐射剂量的因素有很多，尽管从优化设备方面可以尽量减少辐射，但更关键的因素是掌握患儿接受放射线检查的适应证，尽量避免不必要的照射；三是ESD不能简单等同于吸收剂量和有效剂量，需要通过复杂的计算进行转换，所以由辐射产生的危害的减小程度有待更多的研究成果进行佐证。目前已经出现了钼钨双靶摄影专用于致密型乳腺的检查，而专门针对儿童进行医疗照射的设备还未上市，因此钼钨双靶摄影是今后的重要研究方向之一。国家层面上，科技创新被提到了前所未有的高度；同时在二胎政策开放的环境下，儿童患者的门诊量和住院量均有所增加。总而言之，关于儿童专用X射线机的研究具有十分重要的现实意义。

［1］卫生部.放射诊疗管理规定［S］.2006.

［2］国家卫生和计划生育委员会.医用X射线诊断放射防护要求［S］.2014.

［3］Lai A，Gong F，Zhang S.Principle of optimization in CT examination dose in children［J］.Chin J Child Health Care，2005，13（4）：342-346.

［4］秦好朴.婴幼儿胸部X线数字化高电压摄影技术的研究［D］.石家庄：河北医科大学，2015.

［5］Claudon M，Guillaume L.Diagnostic imaging and radiation hazards［J］.Rev Prat，2015，65（1）：79-81.

［6］Thouvenin-Doulet S，Fayoux P，Broucqsault H，et al.Neurosensory，aesthetic and dental late effects of childhood cancer therapy［J］.Bull Cancer，2015，102（7/8）：642-647.［7］Padovani L，Andre N，Constine LS，et al.Neurocognitive function after radiotherapy for paediatric brain tumours［J］. Nat Rev Neurol，2012，8（10）：578-588.

［8］Kenney LB，Duffey-Lind E，Ebb D，et al.Impaired testicular function after an ifosfamide-containing regimen for pediatric osteosarcoma：a case series and review of the literature［J］.J Pediatr Hematol Oncol，2014，36（3）：237-240.

［9］高登发，贾红，巩悦勤，等.1000例儿童普通X线检查结果分析［J］.医疗卫生装备，2008（10）：288-289.

［10］联合国原子辐射效应科学委员会.Sources，effects and risks of ionizing radiation［EB/OL］.http：//www.unscear. org/unscear/en/publications/2013_2.html.

［11］苏垠平.部分地区X射线诊断照射频度调查及CT所致癌症风险的研究［D］.北京：中国疾病预防控制中心，2014.

［12］Moskowitz CS，Malhotra J，Chou JF，et al.Breast cancer following spinal irradiation for a childhood cancer：a report from the childhood cancer survivor study［J］.Radiother Oncol，2015，117（2）：213-216.

［13］袁建华.降低辐射剂量任重道不远［C］//浙江省放射学学术年会，2013.

［14］刘秀风.浅谈医用X射线的危害及防护［J］.求医问药：下半月，2012（12）：508.

［15］刘秀建.乳腺疾病X线诊断图谱［M］.北京：人民卫生出版社，2009.

［16］Tomal A，Poletti ME，Caldas LV.Evaluation of subject contrast and normalized average glandular dose by semianalytical models［J］.Appl Radiat Isot，2010，68（4/5）：755-759.

［17］于军，谢卓，南海燕，等.全景数字化乳腺X线摄影术中患者所受辐射剂量的分析［J］.中华临床医师杂志：电子版，2014，8（7）：1253-1258.

［18］成文东，蔡裕兴.数字乳腺X射线摄影平均腺体剂量与乳腺分型及压迫厚度关系研究［J］.生物医学工程与临床，2015，19（4）：385-388.

［19］王宝生，刘顺帆.数字化X线摄影（DR）的临床应用价值［J］.现代医用影像学，2014，23（6）：691-692.

［20］Hermann KP，Obenauer S，Funke M，et al.Magnification mammography：a comparison of full-field digital mammography and screen-film mammography for the detection of simulated small masses and microcalcifications［J］.Eur Radiol，2002，12（9）：2188-2191.

［21］联合国原子辐射效应科学委员会.Sources and effects of ionizing radiation［EB/OL］.http：//www.unscear.org/unscear/en/publications/2008_1.html.

［22］Edmonds IR.Calculation of patient skin dose from diagnostic X-ray procedures［J］.Br J Radiol，1984，57（680）：733-734.

［23］George J，Eatough JP，Mountford PJ，et al.Patient dose optimization in plain radiography based on standard exposure factors［J］.Br J Radiol，2004，77（922）：858-863.

［24］刘海宽.X射线诊断所致受检者剂量的估算模式研究［D］.上海：复旦大学，2009.

［25］李鹏.常见类型医用X射线摄影的剂量指导水平研究［D］.上海：复旦大学，2013.

The necessity and possibility of X-ray machine with molybdenum-tungsten target using for children radiography

LI Xinchao1RAO Keqin2MA Yue3LI Ling3GONG Qinglian4MENG Yueli1LIU Lihuang1LI Jing1
1.Department of Public Health Information，Institute of Medical Information/Medical Library，Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College，Beijing100020，China；2.Chinese Medical Association，Beijing 100710，China；3.Beijing Per-Builders Science and Technology Co.Ltd.，Beijing101318，China；4.Department of Functional Examination，Wanquan Hospital of Zhangjiakou City，Hebei Province，Zhangjiakou076250，China

R814.42

1673-7210（2016）09（c）-0059-04

2016-06-12本文编辑：张瑜杰）

李新超（1991.2-），女，中国医学科学院医学信息研究所2014级公共卫生专业在读硕士研究生；研究方向：卫生事业管理。

饶克勤（1957.12-），男，博士，中华医学会秘书长；研究方向：卫生政策。