X-CT致醫療照射劑量水平及其健康風險研究進展

關鍵詞：X 射線計算機斷層掃描（ X-CT） ;醫療照射;風險評估;放射防護

中圖分類號：R14 文獻標志碼：A

1972 年X 射線計算機斷層掃描（X-CT） 設備投入臨床醫學應用，標志著影像醫學進入數字化成像的新時代[1] 。X-CT 歷經五代更新，涌現多排/ 層螺旋CT 且其空間、時間、密度等分辨率不斷提升而迅速廣泛普及[2] ;隨后錐形束CT（CBCT）崛起并迅速在口腔醫學和腫瘤放射治療等諸多領域大顯身手[3] ;近期基于碳納米管冷（或熱） 陰極和無滑環設計而獲得超速、超清、超低輻射劑量影像的新一代靜態CT 業已嶄露頭角[1，4] 。半個世紀以來蓬勃發展的X-CT 已成為現代醫學不可或缺的重要手段。例如X-CT 的各種造影檢查已經成為包括冠心病、腫瘤等常見病在內的重要診斷依據（有的還被譽為診斷“金標準”）;近幾年肆虐的新冠肺炎疫情突發公共衛生事件中也用低劑量X-CT 確診肺部病變;隨著公眾健康意識的提高，低劑量CT 在體檢中的應用也日益突出。

在經濟發展和科技進步的當下，幾乎所有公眾成員的一生，由于健康檢查以及疾病診斷或治療需要，都必須多次主動接受各種各樣醫療照射（含有正當理由時需要施行X-CT 檢查或篩查）。然而，所有放射診療都具有雙刃劍特點，且一般情況下X-CT 檢查劑量高于普通X 射線攝影等，隨各類X-CT 的廣泛普及和應用頻率的日益不斷增長，顯著增加了廣大受檢者與患者（以下簡稱受檢者）的醫療照射集體劑量。X-CT 醫學應用可能導致的健康風險必然引起有關各界和全社會的普遍關注。因此，很有必要從分析X-CT 應用頻率發展趨勢和監測與估算X-CT 所致個體與群體劑量等著手，進而科學評估其對公眾的健康風險問題，依此從各個方面努力加強醫療照射防護，不懈在促進X-CT 醫學應用獲取最佳醫療利益的同時，追求趨利避害而更好地造福于民。

1X-CT 應用頻率及其分布特點

1.1X-CT 應用頻率概述

深入探究X-CT對公眾的放射風險用以系統加強放射防護體系建設，需以其應用頻率發展趨勢和所致個體與集體劑量為出發點進行討論。當前主要利用“醫療照射頻率”對X-CT 應用頻率發展趨勢及其分布特點進行評估，其定義為：考察地區每年每千人口施行各種醫療照射的診斷人次數或放療患者例數[5-6] 。對于X-CT，則稱之為X-CT應用頻率，即公眾每千人口的年檢查人次數來反映X-CT 應用的水平。聯合國原子輻射影響科學委員會（UNSCEAR） 于1982 年首次開展對X-CT應用頻率評估的調查，而后常根據醫療保健水平和經濟收入水平進行醫療照射應用頻率的外推與預測[7-9] 。其中，2022 年出版的最新報告（2020/2021 報告書）指出，全球每年約有4億次X-CT 檢查，比2018 年UNSCEAR 報告書統計的每年2. 2億次X-CT 檢查增加82%。截止2015 年， 全球X-CT 平均年應用頻率從34 人次/ 千人口增長到55 人次/ 千人口，相較于2000 年UNSCEAR 報告書全球平均年應用頻率14 人次/ 千人口增長約3倍[7-8] 。茲從UNSCEAR 現有報告中總結全球X-CT 平均應用頻率趨勢于圖1，以粗略展現全球X-CT 應用情況，其中選取2000 年、2008 年報告中1991 至1996 年、1997至2007年世界平均CT 應用頻率均值。

我國在1977年正式開始引進X-CT 機，從20世紀80年代數十臺增長至2010年的11242臺，截止2017 年，X-CT 機每百萬人口擁有量已達到14. 3臺，是2013年的近2 倍[1，10] ;盡管與日本、美國仍有差距，但已經可以看出我國X-CT 迅速發展前景。表1 整理列出了我國2016年5個省份，以及“九五”期間X-CT應用頻率概況[11-17] 。可以看出，X-CT 年應用頻率在20年間呈迅猛增長趨勢。以上海市為例，2016 年應用頻率已達304人次/千人口，是20年前約10倍。

1. 2X-CT 受檢者性別、年齡、檢查部位分布

UNSCEAR歷年報告書指出，參與調查統計的國家不論具體檢查部位還是整體情況，X-CT受檢者男女比例基本一致， 其中以男性略高于女性[7-9] 。我國情況同國外基本相似，表2 列出了我國X-CT受檢者性別分布概要[11-15] 。

年齡分布主要采用國際上“0 ～ ”、“15 ～ ”、“40～ ”的劃分進行分組。不同醫療保健水平地區X-CT受檢者年齡分布大體呈現隨著年齡的增加受檢人數增多的趨勢，且醫療保健水平越高的地區此趨勢越為明顯[7-9] 。表3列出了我國部分省份年齡分布情況。

X-CT檢查部位主要包括顱腦、胸部、腹部、盆腔等。2006 至2016 年美國調查中顯示腹部和盆腔掃描次數最多，其次為顱腦部、胸部;歐洲2004年至2011年期間顱腦部掃描占比最高，腹部、脊柱次之;日本2008 年X-CT 檢查以胸部、上腹部占比最多;瑞士2018年X-CT掃描部位分布同樣以顱腦部、胸部和腹部為主[18-21] 。國內5個省份X-CT受檢者檢查部位分布情況和上海市2016年調查分別示于圖2 和圖3。

2X-CT 所致的醫療照射劑量水平

2. 1X-CT 受檢者個體醫療照射劑量測量與評估方法

X-CT成像的圖像質量與其所致受檢者劑量是相互制約的，因而包括X-CT 檢查的放射診斷，在努力實現最佳成像質量以提供準確診斷依據與滿足各種醫療需要的同時，盡可能減少其所致受檢者的醫療照射劑量，正是醫療照射防護最優化所致力追求的目標[22] 。可見監測與深入研究X-CT 檢查所致受檢者的醫療照射劑量，不僅是加強醫療照射防護的需要，同時密切關系到提高醫學診斷質量，還是評估其所引發輻射風險的基礎。而X-CT 檢查所致受檢者個體醫療照射劑量，再加上相應的應用頻率等就是估算相關醫療照射群體劑量的前提[23-24] 。

X-CT 檢查所致受檢者個體的醫療照射劑量，在通過科學合理設計并且符合有關醫學倫理法規的條件下，可以在X-CT 檢查現場對少數受檢者佩戴恰當的個人劑量計直接進行典型測量，從而獲得代表性的單次檢查醫療照射劑量數據。然而為進一步深入研究包括X-CT 在內的放射學檢查所致醫療照射劑量水平，通過醫院放射診斷現場的體模模擬實驗檢測能夠取得較好結果[25] 。我國“六五”（1981 年至1985 年）、“九五” （1996 年至2000 年）期間全國性醫療照射水平調查研究中，曾經系統開展相關研究工作并引起國際業界關注與好評，積累了頗多有益經驗[24-28] 。

X-CT 檢查所致受檢者的醫療照射劑量水平通常采用3 種方法測量或估算：CT劑量指數（CTDI）、螺旋CT 掃描的劑量長度乘積（DLP），以及采用蒙特卡羅模擬估算法，在一定簡化條件下進行相關受檢者醫療照射劑量的估算。此外，人工智能的廣泛普及加快推進機器學習在輻射劑量評估與預測的初步應用。國外目前已經開發出使用深度神經網絡模型對X-CT 受檢者大腦、晶狀體和顱骨進行快速的劑量估計[29] ，有望簡化劑量評估操作并推廣應用于臨床實踐中。

為量化評估人體受照射劑量與輻射風險之間的關系，應以吸收劑量D 為基礎，放射防護評價以某段時間一定體積范圍內給定器官的平均吸收劑量D 來表征[30] 。考慮到不同器官或組織放射敏感性的差異，有效劑量E 的引入可用來比較包括X-CT 在內的放射學檢查所致受檢者的相對輻射危險。表4 展示常見部位X-CT 檢查的單次典型有效劑量并進行對比[7-9，31] 。

然而，需注意的是，有效劑量E 是不能直接測得的，并且由于這是一個根據男女兩性別參考人而非受檢者個體進行估算的防護量，因此不能簡單地將有效劑量同器官吸收劑量和特定風險模型一樣用于針對受檢者個人的風險評估。出于放射防護目的，有效劑量E 可用于衡量是否符合放射防護標準要求，但不建議將其用于輻射流行病學的估算以及受檢者個體輻射風險的回顧性調查[5，32] 。

2. 2X-CT所致群體有效劑量及其估算方法

集體有效劑量（CED）是針對所研究考察受電離輻射照射群體放射防護評價的一個重要指標，是考察時間段內該群體所有個人有效劑量E 的總和[33] 。目前，國際上對X-CT 的全球CED 估計方法可基于醫療保健水平和收入水平分類并基于HCL 模型、連續數字模型等進行評估[7] 。然而這一全球的評估是非常困難的，集體有效劑量的相對不確定度可達44%。由此可見，優化預測模型和鼓勵更多的國家參與到全球調查是具有重大意義的[7] 。此外，由于CED 是基于有效劑量E 而來的，同樣不能簡單推廣至預測受檢者個體健康風險以及輻射流行病學危險評估中，僅用于公眾群體的放射防護評價和優化。根據UNSCEAR 2020/2021 報告，全球73 億人口每年X-CT 檢查導致集體劑量高達257 萬人·Sv，比2008 年報告增長約40%。在2009—2018 年期間，X-CT 年度檢查頻率僅占放射診療9. 6%，而其對集體有效劑量的貢獻卻高至61. 6%[7] 。表5 中展示了不同國家或地區不同類型放射診療年頻率和集體有效劑量水平的分布對比[7，34] 。

3X-CT 醫學應用的健康風險評估

3. 1醫療照射健康風險評估方法

X-CT 的健康風險可分為以下兩種：1）確定性效應，在ICRP 103 號報告中也稱為有害組織反應（harmful tissue reaction），即短時間內接受高劑量輻射所造成的機體負面影響，例如連續多次CT檢查可能引起暫時性脫發 [35] ;2） 隨機性效應，主要指X-CT 的致癌風險[36-37] 。就現有文獻來說，X-CT 所致有害組織反應的情況十分有限，X-CT的健康風險更多關注在其隨機性效應帶來的健康影響。

UNSCEAR 曾提出“放射危害”這一概念，采用相關器官或組織的終生癌癥風險和電離輻射暴露時不同人群平均遺傳效應風險來確定，用以量化廣大公眾受到低劑量電離輻射所造成的隨機性效應健康負擔。評估醫療照射健康風險的方法可分為危險度評估和輻射流行病學方法。低劑量電離輻射風險的研究可以利用日本原爆幸存者壽命（LSS）研究進行模型預測[38] ，對單個器官或組織的危險度估算一般基于基線癌癥發病率進行建模。

I CRP 152 號報告中對輻射危害的計算進行了總結與歸納，主要方法可分為兩部分，一是對與電離輻射照射有關終身風險的評價，二則是對其嚴重程度（ 致死性、生命質量和壽命損失） 進行調整[39] 。根據各器官組織對輻射敏感性的不同，通過對代表人群的性別和受照時年齡的終身危險估計值求平均可推算出相應標稱危險系數。ICRP103 號報告中對不同器官的標稱危險系數做了最新總結，例如肺的標稱危險系數可達1. 14（10-2Sv-1 ），所有年齡段的全部受照人群的癌癥危害調整標稱系數較ICRP 60 號報告的6. 0（10-2 Sv-1 ）下降至5. 5 （ 10-2 Sv-1 ）， 其中成人從4. 8 （ 10-2Sv-1 ）下降至4. 1（10-2 Sv-1 ）[31] 。最后，將各個單獨的器官或組織的放射危害相加可以得到總的放射危害。

此外，英國、法國、德國等國家采用大型回顧性隊列研究的流行病學方法對X-CT 檢查所致輻射劑量及其可能存在的相關部位致癌進行評估。采用超額相對危險度（excess relative risk， ERR）作為X-CT 輻射風險的流行病學指標，此外，還有輻射致癌風險概率，即單位劑量下所引起癌癥超額發生率或倍數，可分為絕對危險增加系數（ 簡稱EAR 系數） 和相對危險增加系數（ 簡稱ERR 系數），即絕對危險度RR 和超額相對危險度ERR 分別與人均累積劑量D 的比值。

3. 2X-CT 輻射風險研究現況

很多研究和LSS 數據揭示，常規X-CT 檢查的相關器官劑量與LSS 研究超額致癌風險最低劑量30～40 mSv 范圍相似[40] 。主動脈腔修復術患者X-CT 輻射暴露所致死亡的平均風險為0. 8%，若不進行X-CT 平掃和靜脈期的MDCT 血管造影技術，患者因MDCT 輻射暴露所致死亡的風險將顯著減少約60%[41] 。Meyer 等人[42] 的研究發現，在對乳腺癌幸存者的密集成像檢測隨訪監測中，到81 歲結束時的終身可歸因性癌癥風險增高，且與監測開始時年齡的大小呈負相關。而一項從55 ～80 歲肺癌篩查調查對象的年度X-CT 掃描所致累積致癌輻射風險中發現，男性和女性電離輻射暴露所致癌癥風險分別增加0. 13%和0. 30%[43] 。

此外，兒童較成年人的電離輻射敏感性偏高，生命周期相對較長， 更容易受到電離輻射傷害[44] 。目前已經有很多對兒童或青少年時期接受X-CT 檢查的患者進行大規模的癌癥發病率流行病學研究。Pearce 等人[45] 指出與小于5 mGy 者相比，累積劑量至少30 mGy 者發生白血病的RR為3. 18（95%CI： 1. 46～6. 94），累積劑量為50～74mGy 者發生腦癌的RR 為2. 82（95% CI： 1. 33 ～6. 03）。最新的多國EPI-CT 隊列在采用劑量重建等方法后再次觀察到X-CT 相關的輻射暴露與腦癌之間具有顯著的劑量效應關系[46] 。同時，兒童在接受頭部X-CT 檢查后，罹患腦瘤的風險增加，而對于有易感因素的兒童患中樞神經系統腫瘤、白血病和淋巴瘤的風險也隨之增加。自20 世紀80 年代以來，兒童接受X-CT 檢查的比例顯著上升，且約有33%的檢查是發生在兒童生命周期的早期階段，17%的兒童受檢者初次CT 檢查年齡低于5 歲[47] 。在兒童患者的群體中，平均有0. 4%的男性患者和0. 7%的女性患者的生命健康受到與醫學成像相關的電離輻射暴露的威脅[48] 。此外，年齡越小的受檢者可能面臨的致癌風險越高。因此，對X-CT 進行風險評估，規避廣大公眾特別是兒童青少年所可能面對的輻射風險，這在放射防護中是至關重要的。

3. 3醫療照射輻射風險評估需注意的問題

任何一種癌癥的發生都是多因素造成的結果。初次受照射時的年齡、照射劑量和時間長短可能僅占癌癥誘發因素的一少部分，而個人的基因、種族、性別等因素同樣影響癌癥的發生。利用流行病學方法評估X-CT 所致的健康風險可能存在較多偏倚，例如反向因果關系，也就是很多患者是因為患有癌癥或者患癌風險高才會進行X-CT檢查，那么此情況的X-CT 受檢者癌癥的發生不能完全歸因于電離輻射照射。除此之外，癌癥的滯后期和患者預期壽命等同樣影響研究的結果。而在流行病學研究中，要考慮可能存在的混雜因素對結果解釋的影響。同時，輻射風險的評估具有不確定性，主要包括數據來源、敏感性估計的不確定性和抽樣合理性問題等。跨人群間風險模型的適用性因不同地域人群對應基線率的差異也存在偏差，需根據性別、年齡構成等調整風險評估參數及其權重。當下已經有很多研究依據大量的流行病學數據資料建立風險模型并進行預測，例如倍增風險外推模型或者加性風險外推模型，均在一定程度有助于探索電離輻射誘發癌癥的生物學機制[49] ，并同時基于人群和內在機制深入評估輻射風險。

關于危險度評估結果必須特別厘清的一點是：輻射危害的評估數值僅作為對放射防護合理假設的推論，而不能簡單地當作對人群中癌癥發生的絕對病例數的預測[39] 。因此，輻射危害的評估并不是以精確估計任何特定個體的風險為目的，而是利用最新的人群健康統計數據在一定區域人群中進行的隨機性效應負擔的評價進而提出放射防護優化的相關對策。

輻射危害評估需要不斷改進與完善進而更好地反映電離輻射對人群造成的健康負擔。其評估模式需根據各器官組織的癌癥發生率、參照人群的年齡和性別構成和對電離輻射的科學認識的改變而不斷演進。目前的輻射危害的計算結果仍是之前較早的數據，而現在診斷水平和治療能力的提高在某種程度上可能會影響輻射危害的評估結果，現有的風險模型可能不再適用于當下人群健康數據，參考人群和癌癥嚴重程度的相關參數需要得到及時更新進而應根據最新的流行病學數據對以往模型加以修訂。因此，動態把握X-CT 輻射風險評估，及時提高風險評估的可及性仍需不斷研討。

4推動X-CT的醫學應用更好趨利避害

X-CT技術雖極大促進了醫療診斷與治療，但其伴隨的健康風險日益受到關注。ICRP 早在2001 年就已經提出“X-CT 可能會使患者接受相對高的輻射劑量”的告誡[50] 。隨著技術進步與廣泛應用，如何在保障醫療效益的同時，科學評估并有效控制X-CT的健康風險，成為亟待解決的問題。在優化劑量與風險評估中，需踐行實踐正當性與防護最優化放射防護原則。當前，健康中國戰略深入實施，放射診療技術飛速發展，確保醫療照射防護的精準實施，已成為關乎全民健康的重大公共衛生議題。因此，應高度重視并采取有效措施，切實提升醫療照射防護水平，以平衡醫療利益與健康風險[51] 。

4. 1多學科領域大力協同發展X-CT 低劑量技術

X-CT 在醫學領域的廣泛應用，得益于多學科專業人員的緊密協作，他們共同努力從設備源頭出發，不斷探索低劑量技術，并提升X-CT 設備的整體性能與質量，這已成為強化醫療照射防護的核心策略。低劑量CT、光子計數CT 等前沿技術正在現代醫學診斷中蓬勃興起，展現了巨大的應用潛力。同時，低劑量CT 結合迭代重建技術等研究的深入，預示著未來醫學診斷將邁向成像速度更快、圖像質量更優、輻射劑量更低的嶄新階段。多學科領域大力融合毋庸置疑是當前社會發展的大好形勢，鼓勵并促進多學科大力協同發展X-CT低劑量技術勢在必行，為X-CT 更好地造福于人類提供最為堅實的技術保障和科學基礎。

4. 2利用信息系統加強相應X-CT 的應用頻率與所致劑量水平的調查研究

隨著數字醫學新時代的到來，不斷完善和充分利用相關醫療信息系統，適時了解與掌控X-CT應用頻率與劑量水平等發展趨勢，方能及時采取相應醫療照射放射防護措施。當下各地醫院的放射學信息系統（radiology information system， RIS）和醫院信息系統（hospital information system， HIS）的建立運行，以及多套放射衛生業務監測和數據調查信息系統的開發使用[52] ，有望便于動態掌握醫療照射信息并和其他相關信息資源實現共享，為更好地、系統地實現X-CT 應用頻率和所致劑量水平的信息化管理提供有利條件[17] 。

4. 3不斷完善X-CT 的醫療照射劑量參考水平推動防護最優化

建立并及時更新完善醫療照射劑量參考水平（早期稱為指導水平），是有效推動醫療照射放射防護最優化的有力措施[53] 。近年多個國家制定的成人X-CT 檢查常見項目劑量參考水平匯總于表6[54-61] 。整體上看，我國頭部、胸部、腹部-骨盆等常見X-CT 檢查的劑量參考水平同國外存在一定差異。

此外，劑量參考水平應及時動態更新以推動醫療照射放射防護最優化進程。各個國家地區劑量參考水平受X-CT 設備參數、受檢者性別、年齡等多方因素的影響而有所不同[62-63] ，因此，各國需根據當地X-CT 資源和居民健康狀況而制定相應劑量參考水平。除考慮建立適應我國居民的劑量參考水平外，還應重視不同年齡段受檢者的輻射劑量水平。

4. 4加強醫療照射防護的監督管理和放射防護培訓以及科普宣傳

為追求X-CT 所致醫療照射的正當性判斷和放射防護最優化原則而實現趨利避害，必須認真貫徹相關放射防護法規與標準，加強醫療照射放射防護監督管理[64] 。同時加大放射防護培訓與科普宣傳力度，致力于提高放射診療設備研制單位、衛生與環保各級監管部門及其相關人員，有關各科臨床醫師和放射診療醫學放射工作人員，以及廣大公眾的醫療照射放射防護意識，全都密切關系到更有效實施X-CT 醫學應用的放射防護最優化。

綜上所述，鑒于各類X-CT 醫學應用的廣泛普及，其所致受檢者集體劑量負擔已占據放射診斷所致醫療照射的最大份額，隨之可能帶來的健康風險問題亟待解決。調查掌握X-CT 應用頻率及其所致個體和群體劑量水平，科學評估其輻射風險，并提出有針對性的防護策略和措施，不懈追求趨利避害而更好地造福于民，仍是一項艱巨又必要的任務。