兒童CT輻射風險調研

施敏懿

摘 要

目的：調研兒童CT劑量估算方法和兒童CT輻射風險與輻照劑量和年齡的關系。方法：閱讀文獻并總結兒童CT輻射風險的相關研究成果，其中主要是流行性病學的調查。結果：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險隨年齡的減少而增加;腦部輻射劑量達到60mGy時的患腦癌的風險是未受照射的三倍。紅骨髓輻射劑量50mGy時患白血病的風險是未受照射時的三倍。結論：兒童相比成年人對輻射敏感性更高，為了降低相對輻射風險，應盡量降低單次CT的輻射劑量。

關鍵詞

兒童CT;輻射;風險評估

中圖分類號： R473.72? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

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

0 前言

20世紀70年代初，計算機斷層成像（簡稱CT）開始運用于臨床，其臨床使用價值很快得到認可。隨著CT的發展，其臨床應用范圍不斷擴展，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。而正處于生長發育旺盛時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注，兒童CT的輻射風險也成了其中最關鍵的一個問題，直接決定了CT檢查規范的制定以及防護措施的實施。

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），或根據真實個體進行CT掃描得到的不同性別、不同年齡的體素體模，同時應用蒙特卡羅技術估算有效劑量，并開發了相應的計算軟件。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設備調查的數據資料開發而來。其中需要輸入的參數有：CT制造商、設備型號、掃描方式、管電壓（kV）、管電流（mA或mAs）、螺旋時間（s）、螺距、X射線管旋轉一周檢查床所移動的距離、準直器寬度、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（CTDI），然后根據權重計算得到加權CT劑量指數（CTDIw）和劑量長度乘積（DLP），利用DLP與有效劑量E之間的相關性和線性關系，根據它們之間不同年齡、不同掃描部位的轉移系數估算劑量[3]。但是根據歸一化系數計算得出的兒童CT有效劑量只適用于群體劑量調查，不適合于針對個體劑量的精確估算。

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，不難發現，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]闡明了這一結論。即使通過降低管電壓以及管電流能適當地減少有效劑量，但是由于兒童的組織或器官之間的距離相對成人更小，當掃描感興趣的部位時，附近的器官或組織仍會受到更高的劑量。

1.3 兒童CT劑量與年齡的關系

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律對于兒童CT的輻射防護有重要意義。為了估算出兒科CT的器官劑量，應用了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關系。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]。這里假設不同年齡使用的CT掃描參數相同，從圖中不難看出各個器官的劑量的輻照劑量都是隨著年齡降低迅速增加的。這個有效劑量與年齡的函數關系與Zankl等人[7]用蒙特卡羅方法計算得到的結果是吻合的。他們用電腦仿真模擬計算得到的7歲兒童CT檢查劑量相對成年人的1.35倍，而這個函數關系得到的相對劑量值是1.39。

2 兒童CT輻照風險評估

不少機構和組織都針對兒童CT的輻照風險這一問題展開了調查研究，研究的方法主要分為兩類：第一類是通過調查日本廣島/長崎核爆炸超過十萬的幸存者的流行病學資料，研究得到受輻照誘發癌癥的風險模型，再結合兒童CT的掃描劑量參考值，即可評估兒童CT的輻照風險;另一類是從醫療機構實施CT檢查治療的患者中選擇合適的樣本，統計記錄掃描參數，患者的年齡性別等信息，然后追蹤調查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險。

2.1 兒童CT輻照風險與年齡的關系

BEIR 5號報告以及ICRP 60報告都給出了單位劑量輻射的誘發的癌癥相對致死風險與受輻照年齡的變化關系，如圖2所示，圖中實線部分是BEIR 5號報告的風險與年齡變化關系，而虛線部分則是ICRP 60號報告給出的風險與年齡的變化關系[6]。兩者都是基于風險模型相同，相對風險受性別、受照射年齡、受輻照后的時間等因素的影響。并且在處理低劑量的情況時，采用了高劑量向低劑量的線性外推的處理方法。兩個報告雖然給出的結果雖然不盡相同，但是不難發現，單位劑量的輻射誘發癌癥的相對風險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，兒童的輻射誘發癌癥風險要高于成年人。考慮的CT檢查時兒童各個組織器官受到輻照的不均勻性，將總的癌癥風險細分到不同器官的患癌癥風險，得到的單位劑量的癌癥風險隨受照射年齡也有著相同的變化趨勢，各個器官的輻射敏感性還是存在一定的差異的。

圖2 單位劑量的風險與輻照年齡關系

圖3 估算輻射致癌風險隨CT年齡變化關系

結合單位劑量的風險模型和CT輻射劑量與年齡的函數關系即可估算得到總的風險值隨CT年齡變化的關系。如圖3所示，輻射致癌風險隨著年齡降低迅速增加[6]。這是由于單位劑量的風險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的輻射致癌風險相對成年人大大地增加了[8]。

2.2 兒童CT輻照風險與劑量的關系

Mark等人[10]在英國開展了一個調查項目，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歲的年紀進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進行癌癥診斷，調查只記錄了第一次CT五年后患癌癥和白血病的情況。通過調查研究估算得到分別患白血病和腦癌的相對風險與劑量的關系如圖4所示[10]。圖中的虛線是線性擬合得到的相對風險與劑量的線性關系，實際上，在紅骨髓輻照劑量較低時（0～30mGy），患白血病的相對風險并不是隨著劑量增加單調增加的;同樣的，腦部輻照劑量在0～150mGy范圍內也不是單調增加的，這與傳統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。

現在考慮兒童多次CT輻射的風險問題。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歲以下兒童進行5～10次頭部CT的紅骨髓累積輻射劑量達到50mGy，這時的患白血病的風險是相對未經過CT的兒童的三倍;進行2～3次頭部CT腦部受輻射劑量達到60mGy，這時患腦癌的風險也是相對未經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險可能不明顯甚至可以忽略，但多次掃描累積的劑量值則達到一定程度，這時帶來的輻射風險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

一些研究[11]表明兒童CT的劑量可以通過調節掃描參數（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成像質量。但是大多數醫療機構沒有根據病人的年齡、體重等調整掃描參數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掃描的輻射風險對于醫療機構給出既能滿足醫療要求的CT成像質量，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：一類是根據兒童的體型，年齡，體重等優化CT掃描的參數;另一類是研究和優化重建算法，從根本上解決CT圖像重建對X射線強度要求，從而較低的輻射劑量也能得到優良的重建圖像[14-16]。除了降低輻射劑量外，建立相應醫療照射的劑量參考水平是實現防護最優化的重要舉措，一些國家、地區相繼開展了制定劑量參考水平的相關工作[12]。

3 總結與討論

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量的組織接受相同的劑量會比成年人有更大的輻射危險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，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，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間，由于輻射危險在整個生命周期內具有累積性，使發生潛在危害效應的可能性增加，因此不同年齡的人群，其輻射危險是不同的。

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特性有關。射線照射組織必然受到衰減，因此不同深度的各點必然沉積一定的劑量。對于CT，掃描架與X射線束是旋轉的，因此射線可以來自各個方向照射組織，造成衰減的不同。如果受照射組織體積小，則射線到達相同深度的某點被衰減的程度小，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。因為，CT參數顯著地降低仍可保持相同的影像診斷質量，而目前普遍的情況是醫生并未針對兒童采取最優化的掃描條件，導致兒童接受更多的不必要的輻射劑量。

3.2 兒童CT輻射的風險評價

目前關于風險估算存在一定爭議的地方就是低水平輻射是否導致致死性癌癥的顯著增強，有部分人認為低劑量的輻照并不能引起顯著的影響[13]，甚至有流行病學研究得到低劑量照射后低于預期致癌水平的結論。

恰好相反，根據日本原爆幸存者的50年跟蹤調查研究結果，這些研究支持線性無閾假說，發現低劑量輻射所致危險持續存在，且兒童時期的輻射風險是最高的。那么，即使兒童CT有著不可替代的重要醫療作用，但它帶來的不必要的輻射劑量總是伴隨著額外的風險，這些潛在的風險是不能被忽視的。隨著兒童CT檢查的頻率不斷增加，為促進兒童CT檢查的合理化應用，降低兒童CT劑量，減少其輻射危害，在臨床上制定兒童CT檢查技術規范很有必要。

參考文獻

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