自上世纪80年代末期以来, 放射诊断的医疗照射已经成为人类所受电离辐射照射中最大的人工来源。UNSCEAR2000年报告书中指出1991年至1996年统计平均, 全世界X射线诊断已增加为19.1亿人次, 加上牙科X射线检查达24.3亿人次^[1]。因此X射线诊断的医疗照射引起了社会各界的普遍关注。有效改善如此众多的患者的防护以趋利避害, 已成为放射卫生防护学和放射诊断学面临的紧迫课题, 同时又是进一步发展放射诊断学的重要基础。

医疗照射不同于职业性照射和公众照射, 有意引进放射诊断检查的受照者, 既是辐照的受益者, 又有辐照的潜在危害。但在实践中, 往往容易偏重医疗照射的目的, 而忽视了将受检者的剂量降到最低可行的原则。大量监测数据表明, 同一种放射学检查, 在不同医院所致受检者剂量可相差几个数量级。可见, 尽可能合理降低受检者剂量大有潜力, 一直成为亟待解决的难点课题。国际放射防护委员会(ICRP), 国际原子能机构(IAEA), 世界卫生组织(WHO)以及联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)等国际组织一直非常重视医疗照射防护。ICRP于1991年发表了第60号出版物, 明确提出“医疗照射的防护体系”, 从理论上建议引入剂量约束来推动医疗照射防护最优化^[2]。此后, 以IAEA安全丛书第115号发布的《国际电离辐射防护与辐射源安全基本安全标准》(IBSS, 1996), 把ICRP建议具体化, 首次建立了部分放射诊断类型的医疗照射指导水平^[3]。将医疗照射的放射防护最优化原理具体化, 实践化。由于放射诊断的医疗照射指导水平与检查类型所用的放射学诊断设备, 操作因素, 管理水平和人员素质, 以及受检者本身情况等诸多因素密切关联, 故应结合本国, 本地区实际, 通过广泛的调查研究建立。因此本项目研究着眼于适合我国实际的医疗照射指导水平, 包括方法学和量值选择, 以期推进我国医疗照射辐射防护最优化工作的深入发展, 提高放射诊断技术水平, 降低受检者剂量趋利避骇, 造福百姓。

1 放射诊断医疗照射参考剂量确定方法的综述及讨论

自1991年ICRP第60号出版物提出应对医疗照射设置“剂量约束”后, 欧美等国及一些国际组织进行了有益的探索, 引入了“放射诊断医疗照射参考剂量或医疗照射指导水平”的概念, 作为某种形式的调查水平, 以便对医疗照射受检者剂量进行定量控制, 表 1汇总了ICRP、IAEA、美国、英国和欧共体等确定放射诊断医疗照射参考剂量水平的方法, 包括所用术语、检查种类及剂量学量、确定方法和使用目的等。

从表 1可以看出, 目前国际上确定医疗照射参考剂量水平的通用方法是调查受检者剂量分布现状, 然后取剂量分布某一百分点位剂量值(通常是75%点位), 修约后取为参考剂量水平。其要点如下:

(1) 调查样本要有代表性。由于确定医疗照射参考剂量水平的目的是推广良好的放射实践和促进辐射防护最优化工作的开展, 因此选定的样本应充分反映所调查区域的实际操作水平的分布状况。根据本课题组几年来临床剂量学调查来看, 不同放射科室之间, 由于X射线机型、投照参数的选择, 暗室技术、人员素质和影像质量保证措施是否落实等诸多因素的不同, 而引起的同类检查中成年受检者所受剂量的差异, 远大于成年受检者体形差异对受照剂量的影响。作为临床剂量学调查方法, 选取足够的放射科室(或X射线机)利用标准化模体测定剂量所得到的结果, 要比选择少数放射科室和足够数量的受检者所得到的结果, 可能更能反映受检者剂量分布情况和放射科室实践中所存在的问题。因此, 在本课题组剂量学调查中侧重于X射线机机型和数量以及放射科室数量的选择, 只是在某种机型数量很少的情况下, 才加大受检者的调查数量。

(2) 剂量概率分布曲线75 %点位值, 修约后选作放射诊断医疗照射指导水平, 是大多数实践能够达到的水平, 促进少数不良实践进行内部调查, 降低剂量水平。

2 放射诊断医疗照射参考剂量学量的选择

参考剂量中剂量学量选择的原则应当首先考虑到我国的实际情况, 以便于推广应用, 同时也要兼顾国际上通用的量和方法, 以便于互相比较。参照表 1内容分述如下。

2.1 常规放射诊断检查

除美国辐射控制规划管理者协会外(CRCPD, 1998)均选择包含反散射在内的入射体表剂量(ESD)为剂量学控制量, 反散射由标准模体或受检者本人提供。由于ESD的测量简单易行, 在国内也广泛用于医疗照射剂量学调查, 放射诊断程序的优化等工作中, 故本研究选择ESD为表征常规放射学摄影受检者剂量的剂量学量。

2.2 荧光透视参考剂量的选择

英国和欧共体等选择剂量面积乘积(DAP、mGy cm²)为荧光透视的参考剂量的剂量学量。而IAEA和美国则选择入射体表吸收剂量率(ESDR)或入射体表照射量率(ESAKR)为特征量。

DAP是与整个检查程序有关的剂量学量。如果已知其他投照参数, 如照射位置、照射野尺寸、焦皮距、管电压等, 可方便地估算出受检者的器官剂量分布和有效剂量。ESDR或ESER主要与X射线机性能和检查部位有关, 在已知投照参数的情况下, 同样也可估算出受检者的器官剂量分布和有效剂量。DAP适用于检查程序复杂、检查时间较长的放射学照射, 如放射介入学检查或治疗等, 由专门的剂量面积乘积仪来测量; 而ESDR或ESAKR则适用于简单的透视检查如胸透检查和质量控制, 可用各类剂量测定仪或计来测量。

在放射学检查模式分布上我国与西方发达国家差异很大, 表 2列出了1998年全国调查中部分省市的年检频率分布情况, 同时也给出了英国、日本、马来西亚以及Ⅰ类保健水平国家和Ⅱ类保健水平国家的平均年检频率的分布情况^[1]。由表 2可以看出, 西方发达国家荧光透视主要用于造影检查和放射介入诊断和治疗, 胸部透视只占X射线检查总数的2%左右, 占胸部检查的5 %左右, 而英美等国胸部透视检查为0。而在中国, 胸部透视占X射线检查总数的30%~ 40%, 占胸部检查总数的50%~ 70%, 在中西部地区不带影像增强器的荧光屏式检查仍在大量采用, 基于我国国情, 选择ESDR作为参考剂量特征是适宜的, 特别是胸部透视检查。对于程序复杂, 受检者剂量和放射医生剂量都很高的放射介入学检者, 则应选择DAP为剂量学量, 并根据不同的检查程序规定出参考剂量水平值, 这正是目前国际上研究的重点^[5]。

2.3 乳腺X射线摄影

对于乳腺X射线摄影, IAEA及NRPB选择平均腺体剂量(AGD或MGD)为参考剂量特征量, 而EC、CRCPD和IPSM选择ESD或ESE为剂量学特征量。乳腺平均吸收剂量Dg与空气中的入射照射量Xa的关系为:

式中Dgn为入射照射量为2.58 ×10^-4 C·kg^-1时乳腺所受的平均吸收剂量, 而且只与乳房厚度有关。因此, 只要规定出标准乳房模体的成分和厚度, 则腺体平均剂量与入射照射量之间成唯一对应关系。在实施过程中, 无论选择AGD(MGD), 还是选择ESD(ESE)为参考剂量, 实际测量的量均是ESD(或ESE)。为实施方便, 本研究建议选择标准乳腺模体处的ESD为受检者乳腺剂量的特征量。根据深圳市调查结果, 成年妇女的平均压缩乳房厚度为(4.46 ±0.11)cm, 与IBSS推荐的乳房压缩厚度4.5 cm非常接近, 为便于相互比较, 标准乳房模体应与IBSS保持一致^[6]。

2.4 牙科摄影

牙科摄影比较复杂。IBSS中规定了牙科AP投照和牙科牙尖周的医疗照射指导水平, 而其他组织或机构则对牙科口内摄影规定了详细的参考剂量水平, 但医疗照射指导水平和参考剂量水平的剂量学量均为入射体表剂量。英国辐射防护局(NRPB)还对牙科曲面体层摄影规定了参考剂量水平, 特征量为剂量宽度乘积DWP, 单位为mGy·mm。由于牙科曲面体层摄影与计算机断层扫描(CT)原理相似, 因此IAEA有关剂量学和医学辐射物理学的一个工作组正在考虑用圆柱型电离室来测量牙科体层摄影中受检者剂量^[7]。

根据本课题组的调查^[8], 对于口内片摄影, 单片机的投照参数中管电压和管电流都保持恒定, 只是对不同的牙齿曝光时间不同。其中以上后臼齿曝光时间最长, 即投照剂量最大, 因此对于口内片采用IBSS的定义方法是可行的。

对于曲面体层牙科摄影^[9], 据本课题组研究发现, 照野中心轨迹上的剂量分布为双峰曲线, 对于所调查的6种进口全景摄影机, 峰值与谷位剂量之比在3~ 24之间, 但峰值剂量与轨迹上平均剂量之比为3.5~ 5.0, 轨迹长度为30 ~ 36 cm。从安全角度出发, 控制峰值剂量是适宜的, 剂量学量仍为ESD。

3 放射诊断参考剂量测量方法 3.1 剂量仪表和/或剂量元件的选择

常规放射诊断检查, 牙科口内片和牙体层摄影(牙尖周), 乳腺检查等均要测量入射体表剂量或剂量率, 可选择直读式的剂量仪表, 也可用热释光剂量元件, 需注意的是, 放射诊断医疗照射涉及到的光子能量范围为25 ~ 150 keV, 属低能区, 探测介质的性质、器壁材料及厚度、几何形状、结构特点等对整个探测剂量仪表或元件的能量响应均会造成一定程度的影响。因此必须要对剂量或剂量元件定期进行能响检定和剂量检定, 并且能追溯到国家基准。

3.2 散射模体的选择

为了研究反散射辐射对受检者剂量的影响, 以及反散射辐射剂量与散射体特征、照野、管电压的关系, 本课题组对模拟人体反散射材料进行了专项研究。从试验结果可以看出^[10] :

(1) 在常规放射诊断检查程序中, 反散射剂量占受检者表面剂量的20%~ 50%, 是不可忽视的。而且管压越高, 照射面积越大, 反散射剂量越大。

(2) 用有机塑料模体和水模体模拟人体进行ESD测量是可行的, 引入的误差不大于±15%。

(3) 对于钼靶乳腺机, 由于管电压低(23~ 33 kVp), 照野面积小, 反散射剂量约占5 %。

因此, 从辐射防护和辐射安全角度讲, 在常规ESD检测中, 受检者、有机塑料模体和水模体, 可认为提供了相同的反散射。

4 放射诊断医疗照射指导水平的确定

为了与“国际电离辐射防护和辐射源安全的基本安全标准”(IBSS)中的术语保持一致, 以下叙述中将已确定的医疗照射参考剂量, 称为医疗照射指导水平。

4.1 医疗照射受检者剂量调查结果

在1998 ~ 1999年间, 对深圳市各医疗机构在役的放射诊断X射线机、牙科机、CT机和钼靶乳腺机, 在不同投照条件下成年受检者的剂量进行了全面调查, 调查结果汇总于表 3。“九五”期间全国医疗照射水平调查资料汇总列于表 4。

由表 3和表 4可以看出: ①同一种投照检查, 受检者剂量可相差十数倍至几百倍, 说明降低受检者剂量有很大空间; ②从剂量分布75%分点值来看, 除深圳的胸片PA和头颅LAT外, 其余均低于IBSS推荐的医疗照射指导水平值。

对高速增感屏和中速增感屏受检查剂量的调查结果表明, 除胸片PA和LAT外, 其他检查的中速剂量和高速剂量之比介于1.6 ~ 2.0之间, 低于IBSS建议的2~ 3倍之间^[11]。

4.2 建议的医疗照射指导水平值

按照通用的方法, 即剂量-积分概率分布曲线75%分点处剂量修约值取为参考剂量的方法, 综合深圳市和全国调查的结果, 建议的医疗照射指导水平列于表 5, 其中包括18种检查模式, 测量的剂量学量、单位及数值大小。为了便于比较, 表中同时列出了IBSS、EC、NRPB和AAPM最新建议的医疗照射指导水平/参考剂量/可达剂量的量、单位和数值大小。

由表中数据可以看出, 除胸部和头颅摄影外, 其他检查的医疗照射指导水平值均低于IBSS建议的数值, 大约为IBSS建议的剂量值的一半, 更接近NRPB可达剂量值。中国胸部摄影剂量大, 可能与我国传统的低电压大电流的胸部检查模式有关, 而西方国家通常采用高电压小电流的模式。其他躯干部位检查的剂量明显低于西方国家数据, 可能与中国人的体型较西方人体型明显瘦小, 因此曝光量小有关。而头部尺寸差异较小, 因而剂量几乎无差别。

5 目前X射线诊断受检者的平均器官剂量和平均有效剂量

投影参数中kV值、照射野、焦皮距、总过滤值见表 6。表 7和表 8分别给出了在医疗照射指导水平数值时, 男女受检者的器官剂量分布和有效剂量值。这些数据WINDOS软件计算而得。

6 结论和建议

(1) 由深圳市和全国放射学诊断剂量学调查结果可以看出, 同一种检查受检者剂量可相差十数倍甚至上百倍, 说明医疗照射最优化工作大有可为, 建立医疗照射指导水平或参考水平是十分必要的, 有助于推动医疗照射最优化工作的开展, 降低受检者剂量, 造福全国百姓。

(2) 由于我国幅员辽阔, 东西部地区经济水平差异较大, 国产机与进口机性能差异很大, 因此采取英国的做法可能更有助于推动医疗照射最优化工作的深入开展, 即除参考剂量(医疗照射指导水平)外, 同时推荐可达剂量, 这样可使大中城市中的综合医院有更加明确的降低受检者剂量的目标。

(3) 从全国调查结果可以看出, X射线CT检查频率是放射学诊断检查中增长速度最快的, 从1996年至1998年频率增长了23.3%, 相当于其他常规检查年频率增长速度的6倍, 但由于本次调查中CT剂量数据太少, 难以导出指导水平, 同时国际上对CT剂量的表征量和测量方法(包括模体种类)未有一致意见。IBSS规定的水当量模体与目前质量检验中常用的塑料模体又不相同, 因此采用IBSS的建议可能会给检测工作带来许多不便和加大设备费用支出。采用国际电工委员会(IEC)和欧共体(EC)的建议可把CT机的质量控制和受检者剂量控制统一起来, 便于实施和管理。

(4) 目前肺部透视检查仍是X射线检查中频率最大的一种检查, 其单次检查剂量远远大于胸部摄影剂量(10倍以上), 显然是违反医疗照射最优化原则的。随着人民生活水平的提高, 应逐步由胸部摄影取代胸部透视检查。透视检查应限定用于动态检查和一些特殊检查。

(5) 我国胸片剂量分布明显高于IBSS的建议水平, 而胸片检查频率仅次于胸部透视频率, 位居第二, 因此也是医疗照射最优化的重点工作内容。

(6) 放射介入学的应用越来越广泛, 同时又是受检者剂量和放射医师受照剂量最高的一种检查或治疗程序, 单次检查中受检者局部皮肤剂量超过2Gy, 造成放射性红斑、溃疡等确定性损伤的案例时有报道。对放射介入学中受检者剂量的控制是当前国际辐射防护, 放射学和医学物理界的重点研究课题, 在我国也应开展相应调查研究工作, 包括剂量学现状调查, 剂量学量和测量方法研究、检查程序的优化及剂量控制方法等。

(7) 医疗照射指导水平或参考剂量是调查水平的一种, 是放射科室内部质量控制的重要内容之一, 其目的是促进辐射防护最优化工作的深入开展, 采用现行的良好的辐射实践, 因此它又是一个动态的管理范畴, 随着技术的改进, 应重新进行有代表性的调查, 确定新的医疗照射指导水平或参考剂量水平。