在临床核医学诊断中, 受检者与患者(以下简称患者)要口服或被注入一定量的放射性药物。放射性物质进入人体后, 参与生理代谢过程, 放射性核素在体内滞留期间不仅会对靶器官或组织产生照射, 同时也将对其临近的器官或组织产生照射。为评估临床核医学诊断可能给患者带来的辐射危害风险, 需要对临床核医学诊断所致患者的器官/组织剂量以及有效剂量进行估算。

目前针对核医学内照射剂量估算主要有三种方法, 分别为体积元S值法、剂量点核法和蒙特卡洛计算方法。其中体积元S值法因其计算简便而常被相关组织或机构推荐使用^{[1, 2]}。目前国际上开发的基于S值方法估算核医学诊疗内照射剂量的软件主要有美国核医学会的MIRDOSE^[3]和OLINDA^[4]软件包。其中, MIRDOSE系列更新到1994年, OLINDA软件发布于2004年, 它们估算的有效剂量均是基于国际放射防护委员会(ICRP)于1990年发布的第60号出版物^[5]推荐的组织权重因子, 未能反映组织权重因子的最新变化^[6]。目前国内开发的INDO内照射剂量估算软件^[7]主要针对公众和工作人员开展内照射剂量估算, 所采用的组织权重因子也是ICRP60号报告的推荐值。

本文先汇总了历年来ICRP所推荐的临床核医学常用诊疗核素的单位活度所致器官/组织剂量, 简称剂量转换系数S值^{[2, 8, 9]}, 并引入ICRP推荐的最新组织权重因子建立电子数据库; 再利用C++计算机编程语言编制了一款基于体积元S值法计算患者器官/组织剂量以及有效剂量的计算软件。

1 方法和资料 1.1 剂量估算方法

为实现软件快速估算, 本文采用S值估算方法。S值法是内照射剂量估算的重要方法, 该方法通过采用与真实人体相同或相似的参考人模型所计算得到的器官S值计算器官吸收剂量:

(1)

式中, D_{T, R}表示靶器官剂量, 单位为mGy; S为单位摄入活度器官剂量转换系数, 即单位给药活度所致器官剂量, 单位为mGy /MBq; A₀为给药活度, 单位为MBq。

核医学放射性核素的主要辐射类型为γ辐射和β辐射, 其辐射权重因子均为1, 因此有效剂量E可表示为:

(2)

式中, W_T为组织或器官T的组织权重因子。

1.2 数据库的构建

基于ICRP53^[2], ICRP80^[8]和ICRP106^[9]提供的与临床核医学诊断相关的剂量转换系数S值的信息, 建立索引表和S值表。其中, 索引表包含的信息有索引号、核素和出版物号; S值表对应索引表中的一行, 包含的信息有器官、S值、年龄、核素化合态等。该种数据组织方式优点在于可方便完成数据库的升级更新, 便于数据库的扩展维护。已建立的数据库包含有47种核素(含268类化合物形式)、27个器官或组织中的S值, 基本覆盖了临床核医学诊断的所有类别(如骨扫描, 心血管检查, 甲状腺、肝和脾扫描等)。

完成Excel数据表录入后, 采用C ++语言结合SQL数据可操作语句, 将所有Excel表中的数据转录至一个数据库文件供程序调用。

此外, 本研究还根据ICRP103号出版物^[6]推荐的最新组织权重因子, 对"其余组织"中未明确的肾上腺、小肠等器官的组织权重因子按质量比例原则进行赋值, 并将新的较全面的器官或组织的组织权重因子嵌入相应数据库文件中, 用于有效剂量的更新计算。

1.3 软件编写与运行流程

本软件采用C++计算机编程语言基于面向对象方法编程, 其界面基于QT库编写, 采用SQLite数据库。软件运行的流程如图 1所示:

首先, 从数据库索引表中读取所收录的全部核素供用户进一步在界面内选择相关应核素, 软件再根据所选核素, 在索引表中读取包含核素的所有出版物, 并列于"参考出版物"选择框内。在选定核素与参考出版物后, 软件可确定索引表中的索引号及其对应的S值表。在确定的S值表中, 软件将读取所有可能诊疗选项, 以供用户选择。通过输入相关核医学诊断类别所用给药活度A₀, 运行计算后便可得到相应条件下患者的器官剂量及有效剂量。另外计算结果和计算条件还可同时被保存到csv文件中, 以便日后查看。

2 结果

开发的软件界面如图 2所示。软件左侧主要为输入条件的人工选择, 包括核素、S值来源出版物以及核医学诊疗信息选项。"参考出版物"可选ICRP53、ICRP80或ICRP106号出版物, 为方便用户使用, 设有"自动选择最新数据库"选项; 在诊疗信息的选择项中, 包括"患者年龄"(成人、15岁、10岁、5岁、1岁共5种), "化学形式"(所使用放射性核素的化合物种类)和"摄入途径"(吸入、注射、口服等)。在"活度"输入框输入摄入活度, 点击"计算"后, 患者的27个器官/组织的吸收剂量及其有效剂量的估算结果则很快显示在右侧界面中; 进一步点击"保存"按钮, 其计算结果以及计算参数条件将被保存在csv格式文件中, 可供用户存档、查阅以及后续的数据处理和分析。通过"退出"按钮, 用户则可退出剂量估算软件界面。

为探讨组织权重因子变化对有效剂量计算结果的影响, 本研究利用开发的软件分别计算了采用新版和旧版组织权重因子^{[5, 6]}的有效剂量, 并将计算结果与Radar^[10]的计算结果进行了比较。表 1给出了三种核医学诊断常用核素所致患者的有效剂量计算结果。结果显示, 采用不同版本组织权重因子的计算结果稍有不同, Radar的计算结果与本软件采用旧版组织权重因子的计算结果相同。

从表 1可以看出, ^99mTc - DTPA和¹⁸F - FDG采用新版组织权重因子计算出的有效剂量较小。其主要原因是吸收剂量最大器官膀胱的组织权重因子下降了20% (从0. 05变为0. 04)。而对于¹³¹I - 35% (甲状腺吸碘率为35%)采用新版组织权重因子计算出的有效剂量较大。其主要原因是因为摄入¹³¹I后胃和小肠的吸收剂量远大于除膀胱以外的其他器官/组织, 而小肠的组织权重因子已由原来的0.05增加至0.12。

3 讨论

临床核医学诊断的应用频率呈逐年增长趋势, 其对全民集体剂量贡献越来越大^[11]。本研究编写的核医学诊断所致患者的器官/组织剂量及其全身有效剂量估算软件可计算当前所有临床核医学诊断项目。计算结果还表明, 采用ICRP新旧版本推荐的不同组织权重因子对估算患者的有效剂量有一定的差异, 提示相关研究人员有必要进一步研究核医学诊断的患者防护与辐射风险评估等工作。

本研究软件实现了患者器官剂量与有效剂量的快速估算功能, 具有界面友好、操作简单、能有效保存计算条件及结果等优点。