鉬鎢雙靶X射線應用于兒童攝片的必要性和可行性

李新超　饒克勤　馬　越　李　玲　弓慶蓮　孟月莉　劉立煌　李　靜

1.中國醫學科學院/北京協和醫學院醫學信息研究所/圖書館公共衛生信息研究室，北京100020；2.中華醫學會，北京100710；3.北京市普標特科技有限公司，北京101318；4.河北省張家口市萬全區醫院功能科，河北張家口076250

鉬鎢雙靶X射線應用于兒童攝片的必要性和可行性

李新超1饒克勤2馬越3李玲3弓慶蓮4孟月莉1劉立煌1李靜1

1.中國醫學科學院/北京協和醫學院醫學信息研究所/圖書館公共衛生信息研究室，北京100020；2.中華醫學會，北京100710；3.北京市普標特科技有限公司，北京101318；4.河北省張家口市萬全區醫院功能科，河北張家口076250

X射線攝片已經廣泛應用于多種疾病的診斷，但是作為一種電離輻射，X射線在為疾病的診治帶來便利的同時，也會給受照者帶來一定的輻射傷害，尤其是對生長發育比較活躍的兒童。但是目前并沒有專門針對兒童進行攝片的X射線機。而針對成年女性乳腺的鉬靶攝影，相對于鎢靶攝影而言，可能更加適用于5歲以下兒童攝片。本文綜述了X射線對兒童可能造成的危害、鉬靶攝影的輻射劑量及其影響因素以及鉬鎢雙靶攝片用于兒童后輻射劑量減小的可能性，以期為適合兒童的X射線機的研發和改進提供參考或借鑒。

X射線；兒童；輻射劑量；鉬靶攝片

［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射線自誕生100多年以來在疾病的診斷和治療中展示出了巨大的應用價值。然而作為一種電離輻射，X射線在促進醫療事業發展的同時，也會對身體造成傷害，尤其是生長發育較為活躍的兒童。國家為減少兒童照射的頻次，出臺了多項政策文件，比如2006年3月1日起施行的《放射診療管理規定》［1］中禁止“將核素顯像檢查和X射線胸部檢查列入對嬰幼兒及少年兒童體檢的常規檢查項目”；2014年5月實施的《醫用X射線診斷放射防護要求》［2］明確規定“執業醫師應掌握好適應證，優先選用非X射線的檢查方法，加強對育齡婦女、孕婦和嬰幼兒X射線檢查正當性判斷”等。

1　X射線對兒童的危害

作為一類特殊人群，兒童的人體組織結構和代謝活動與成年人相比具有明顯的特異性。兒童對X線的吸收大概每毫安秒輻射劑量比成年人高1.6～1.7倍［3］，對X光的敏感性是成年人的10倍，更容易受到診斷性X射線的傷害。兒童的平均生存時間要遠遠高于成年人［4］，其今后很可能要比成人接受更多有輻射的檢查，輻射的劑量積累會更多，余生腫瘤致死率和致癌率也遠高于成人。

1.1確定性效應

確定性效應是短時間內全身受到大劑量的照射而產生的，是大量的細胞被殺死，而這些細胞又不能由活細胞的增殖來補償，由此引起的細胞丟失可在組織或器官中產生臨床上可檢查出的嚴重功能損傷，所觀察到的效應嚴重程度與劑量有關。此類情況很罕見，只有在機器故障未發現或長時間誤操作時發生臨床表現以中樞神經系統、造血系統、消化系統以及性腺損傷為主，如惡心、嘔吐、腹瀉、出血、嗜睡、毛發脫落等，嚴重時導致死亡。盡管成人和兒童體內均有修復組織的調節機制，但是對于兒童而言仍會造成特殊的損傷［5］。

中樞神經系統對輻射有著特殊的敏感性，尤其是暴露年齡較小的兒童。大于20～30 Gy的輻射劑量可能干擾神經元髓鞘的形成和突觸的發生，從而進一步導致兒童嗜睡、厭學、共濟失調、痙攣、漸進性癡呆等癥狀［6］。甲狀腺結節發生的概率同樣會增加，流行病學調查資料顯示，在0.1 Gy或以下的輻射劑量就能夠增加患病的風險，而且風險隨暴露年齡的下降而上升［7］。X射線對于男性患兒性腺的影響隨著劑量的變化而不同：當劑量為2～4 Gy時部分精細胞會被殺死；當劑量達10 Gy時會導致大部分男性兒童原發性性腺功能障礙。女性患兒的胸部在接受大于2 Gy的輻射照射后，成年后乳腺很可能會發育不良。

1.2隨機效應

隨機效應分為致癌效應和遺傳效應，致癌效應指在劑量非常小的情況下也可以在細胞內的關鍵體積內沉積足夠的能量，可引起細胞的變化或細胞的死亡，單個細胞的變化，如遺傳變化，最后可能導致惡性腫瘤的產生；遺傳效應是通過對生殖細胞遺傳物質的損害使受害者后代發生的遺傳性異常，它是一種表現于受害者后代的隨機性效應［8］。影響輻射劑量的因素很多，比如設備類型、曝光條件、焦點距離等；即使接受相同劑量的輻射，不同部位器官吸收的劑量也不相同。比如受檢患兒的性腺、甲狀腺、眼晶狀體、嬰幼兒胸腺和乳腺等對射線敏感性較高，接受的平均輻射劑量明顯高于其他部位（P<0.05）［9］。長時間受到超過允許水平的低劑量的照射時，在受照數年或數十年后癌癥的發病率會增高。對于接受相同的輻射劑量，1歲兒童余生腫瘤致死率為成人的10～15倍，年齡越小，致癌危險性越高。如果5歲兒童接受的輻射劑量為100 mGy時，其致死性癌癥的發生率會增加1.2%～1.5%；國外一項長期回顧性研究［10］發現，接受過X射線檢查的人，當其壽命達到或超過75歲時，體內腫瘤發生的概率將增加0.6%左右，主要以膀胱、結腸腫瘤和白血病為主。國內有研究結果表明患者在未進行防護的情況下接受X線照射后，外周血細胞減少，差異有統計學意義［11］。0～5歲這一時期暴露的人群患白血病的風險將是成年暴露人群的3～5倍，并以急性白血病為主；而對于肺癌的發生風險，并沒有直接證據表明與醫源性X射線有關［12］。單次胸部X線攝影的終生癌癥死亡率在男女性之間略有差別，男性為0.53/10萬，女性為0.78/10萬，女性較男性略高；青春期女性接受輻射后乳腺癌風險會高于低齡兒童和成年人，比如15歲的女孩受照后，其乳腺癌的發生率比接受同樣劑量的中年女性增加0.3%［13］。

除了癌癥發生率增加外，長期慢性輻射損傷還包括：生殖系統的損害，比如流產、早產、死胎、畸胎等；神經衰弱癥候群和植物神經功能紊亂癥狀，比如乏力、頭暈、頭疼、耳鳴、睡眠障礙、記憶力減退、多汗、心悸、易感冒、牙齦出血、關節酸痛等；皮膚的損害，比如皮膚粗糙、汗毛脫落［14］；眼部的損害，比如晶狀體透明度下降，甚至可能引發白內障［15］。

2　鉬靶攝影的劑量及影響因素

乳腺鉬靶攝影是唯一被美國食品和藥物管理局批準用于乳腺癌篩查的檢查方法［16］。隨著計算機技術的發展，數字乳腺X線攝影技術已逐漸成為乳腺癌普查的首選。乳腺攝影的X線由鉬靶X線管產生，是一種軟射線，相對于鎢靶X線管產生的射線而言，能量較小，適用于軟組織攝影。乳腺由脂肪和腺體組成，密度較小，結構較為疏松，水分含量相對較高，在鉬靶X射線的投照下，內部結構由于對X射線的吸收不同而產生不同灰階的對比，進行成像。

乳腺接受的輻射劑量由平均腺體劑量（ADG）作為表征量［17］，影響因素較多。頭尾位（CC）和斜側位（MLO）的平均輻射劑量分別為1.8 mGy和1.95 mGy，側斜位略高。乳腺的構成也是影響輻射劑量的重要因素之一。成文東等［18］對四種不同乳腺分型的患者受照后的AGD進行測量和分析后認為：致密型乳腺的AGD最大（1.535 mGy），多量腺體型次之（1.305 mGy），少量腺體型再次之（1.010 mGy），脂肪型最小（0.855 mGy），且差異有統計學意義。就系統類型而言，醫學界普遍認為全野數字成像的輻射劑量低于屏-片系統［19］，在同一部位相同圖片質量的前提下，如胸片拍攝，后者約為前者的2.7倍。而乳腺壓迫后的厚度與所接受的輻射劑量關系不大，一項基于歐洲女性的調查顯示，在乳腺壓迫厚度為5.57 cm時輻射劑量相近［20］。雖然不同的調查由于曝光條件和人群體貌特征不同而導致測量的輻射劑量不同，但總體而言，與鎢靶X線攝影相比，鉬靶X線攝影輻射劑量的變化范圍較小，聯合國原子輻射效應科學委員會（UNSCEAR）的公開出版物［21］中也說明了這點。見表1。

表1　患者不同部位接受X線攝影的入射體表劑量

3　兒童鉬鎢雙靶攝片減少輻射劑量的分析

前文已經述及兒童身體結構和代謝特征比較特殊，對同等劑量的輻射較成年人敏感；另一方面，與部分部位（如腰椎）的鎢靶攝影相比，鉬靶攝影的輻射劑量相對較低，變化范圍較小，而軟射線的能量又足以穿透3～8 cm厚度的身體組織，因此將鉬靶同鎢靶攝影結合起來，應用于兒科疾病的診斷，尤其是針對5歲以下的兒童，可能會在達到診斷要求的前提下進一步降低輻射劑量。

3.1入射體表劑量（ESD）估算模型的建立

ESD是評價X射線攝影常用的輻射劑量表征量。ESD的確定可以采用在受檢者或仿真人體模皮膚表面的照射野中心放置固體劑量計或電離室來直接測量，也可以通過數學模型的擬合來進行估算。通過測量受檢者的輻射劑量可以較為準確地評價X射線攝影產生的輻射劑量。但是在全國范圍內開展普查，從衛生經濟學角度分析很不科學。因此，根據X射線攝影所采用的技術參數來建立受檢者ESD估算模式是很有必要的。

基于建立數學估算模式的方法來獲取和評價受檢者所受輻射劑量的研究已經在世界各國開展，取得一定進展的同時也存在適用性不足等問題。Edmonds［22］利用數學公式估算皮膚表面劑量，由于沒有考慮反散射系數，與實測ESD值存在差距。George等［23］在文獻中建立了數學模式，也相應地進行了驗證，結果發現實測值和估算值擬合度較好，并且可用于日常劑量的跟蹤調查，但是仍然存在著適用性不夠的問題，驗證結果的獲得有著較為嚴格的條件限制。我國這方面的研究資料較少，當前較好的是復旦大學放射醫學研究所課題組，從X射線產生的源頭角度出發，綜合影響X射線產生的各種因素以及臨床技師所采用的各種攝影條件，采用線性回歸及蒙特卡洛模擬計算，最終得到了普通X射線攝影、CR和DR的ESD估算公式［24］如下：

根據公式（1），只要提供管電壓（kVp，單位：kV）、毫安秒（mAs）、焦皮距（FSD，the focus skin distance，單位：cm）、總過濾（d，單位：mmAl）、ESD（單位：μGy），就可以通過此公式計算出來。Gt（高壓發生器類型，分單項、三相、中頻、高頻四種）、μAl（吸收系數，absorption coefficient）、BSF（反散射系數，backscatter coefficient）可以從公開出版物獲得。經過現場實驗的驗證，計算值和實際測量值在胸部AP、胸部LAT和腰椎LAT位偏差分別為1.9%、5.1%和1.7%，屬于可接受的范圍內［25］。

3.2鉬鎢雙靶攝影降低輻射劑量的可行性分析

鉬靶射線可以穿透3～8 cm的身體組織被IP板或感光屏吸收，根據不同部位對射線的吸收程度不同，最終產生灰度不同的對比而成像；而對于較為肥胖的兒童，鎢靶又可以提供較為高能量的X射線，保證了圖像的可獲得性，因此將鉬靶和鎢靶結合起來使用，不會產生曝光不足的情況。由公式（1）可知，管電壓、毫安秒、焦皮距和總濾過等都是ESD的影響因素。Gt的取值：相機的修正吸收為0.64，三相機為0.96，中頻機為1.00，高頻機為1.1016，臨床上使用的診斷性X射線機大都是中、高頻機，取值分別為1.00和1.1016。反散射系數BSF的值介于1.1～1.5之間，可以通過蒙特卡羅方法建立數據庫。FSD和μAl的值變化范圍也不大，因此管電壓和mAs是影響ESD的關鍵因素。如果用鉬鎢雙靶替代單純的鎢靶進行攝影，可以將管電壓的范圍由原來的60～90 kV變為20～90 kV，若能在保證圖像質量的前提下盡量降低mAs，理論上可以降低5歲以下兒童進行放射性檢查時所接受的輻射劑量。

基于上述數學模型來看，對于5歲以下兒童使用鉬鎢雙靶X射線攝影能夠降低受檢患兒的ESD。這里存在幾個問題：一是估算模型的建立基于上海市人口輻射劑量普查數據，若應用于其他地區，仍然需要增大測量人群進行進一步驗證；二是影響輻射劑量的因素有很多，盡管從優化設備方面可以盡量減少輻射，但更關鍵的因素是掌握患兒接受放射線檢查的適應證，盡量避免不必要的照射；三是ESD不能簡單等同于吸收劑量和有效劑量，需要通過復雜的計算進行轉換，所以由輻射產生的危害的減小程度有待更多的研究成果進行佐證。目前已經出現了鉬鎢雙靶攝影專用于致密型乳腺的檢查，而專門針對兒童進行醫療照射的設備還未上市，因此鉬鎢雙靶攝影是今后的重要研究方向之一。國家層面上，科技創新被提到了前所未有的高度；同時在二胎政策開放的環境下，兒童患者的門診量和住院量均有所增加。總而言之，關于兒童專用X射線機的研究具有十分重要的現實意義。

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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

A

1673-7210（2016）09（c）-0059-04

2016-06-12本文編輯：張瑜杰）

李新超（1991.2-），女，中國醫學科學院醫學信息研究所2014級公共衛生專業在讀碩士研究生；研究方向：衛生事業管理。

饒克勤（1957.12-），男，博士，中華醫學會秘書長；研究方向：衛生政策。