近年来随着计算机X射线摄影技术(computed Radiography, CR)及数字化X射线成像技术(digital Radiography, DR)在临床中的应用, X射线技术逐渐进入数字化时代, 已基本取代了传统X射线摄影。目前, 国际原子能机构(IAEA)、国际放射防护委员会(ICRP)、欧盟委员会(EC)、英国国家放射防护委员会(NRPB)及我国的《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》 (GB 18871 -2002)等制定的放射诊断的医疗照射指导水平都是关于普通拍片的, 未见关于数字摄影的参考水平。针对DR的广泛应用可能对受检者带来危险, 国际放射防护委员会(ICRP) 93号出版物认为要重视DR受检者的辐射防护^[1], 要求在充分利用X射线的同时, 必须切实做好防护工作, 确保受检者身体健康。

1 DR的成像特点和临床应用

DR是用平板状探测器代替普通X射线摄影的暗盒, 探测器可直接将X射线转变为数字信号(非晶硒数字平板)或先将X射线转变为可见光再转换为数字信号(非晶硅数字平板), 从而完成影像的数字化。它可以完成X射线摄影, 也可以代替影像增强器用于透视和动态图像检出^[2], 具有曝光宽容度大、对比度分辨率高、噪声小、数字化程度高、量子检出效率(DQE)高、信息量大、成像质量高、成像速度快、后处理功能强大等优点。与传统X射线平片相比, DR因其强大的后处理功能, 可以更加明显的显示病灶的情况, 大大提高临床诊断率, 主要应用于胸部、腹部、骨关节检查中。在胸部检查中, 由于胸部组织的密度差异较大, 尤其是纵膈心影后膈下肋骨重叠部位的病变, 通过后处理操作, 可以更能清晰、准确地发现病灶; 在腹部检查中, 通过后处理操作, 增加腹部软组织的分辨率, 从而可以清晰的显示腹部游离气体、肠梗阻、尿道结石等病变; 在骨关节的检查中, 可用通过进行放大、调节窗宽、窗位, 从而更加清晰的发现骨折部位及骨质的微细结构等。

2 国内外研究现况

随着数字摄影在临床中的广泛应用, 有关于操作中受检者的辐射剂量的研究引起国内外许多放射防护学者们的关注, 他们为数字摄影受检者的辐射剂量及影像质量方面都提供了许多有价值的资料。目前常用入射体表剂量(ESD)和面积剂量乘积(DAP)来估计患者的辐射剂量^[3]。ESD可以通过固体发光剂量计(如热释光剂量计TLD、光激发光剂量计OSL等)直接测量, 检测方法主要有两种:一是在医院影像科现场直接对受检者体表布放剂量计检测; 二是采用人体模型模拟实验进行布点检测。DAP为ESD与射野面积的乘积, 可通过面积剂量乘积仪直接测量, 是患者吸收的辐射剂量的一种量度^[4], 它反映的是该次放射学实践中授予受检者的X射线总能量。利用测量的DAP值, 通过蒙特卡罗模拟方法(Monte-Carlo simulation)估算出有效剂量(ED), 从而定量描述辐射照射所致的随机性健康危害程度^{[5, 6]}。

2.1 DR受检者辐射剂量

部分学者对不同部位、不同投照方向的受检者入射体表剂量进行了研究, 结果见表 1。

从结果中可以看出:对于同类检查, 国内外受检者辐射剂量水平也是有所差距的, 以胸部和腰椎的差距较大; 平均每次摄影受检者入射体表剂量均以腰椎LAT最高, 胸部摄影最小; 张梦龙等通过管电压、曝光量和焦片距的优化组合, 使受检者的辐射剂量大幅下降, 可见曝光参数的选择对于受检者的辐射防护具有重要意义。王鹏程^[9]等在骨盆数字化X射线摄影曝光剂量的优化研究中发现, 在常规摄影条件(75 kV, 20 mAs)和最优条件(75 kV, 10 mAs)下曝光, 受检者ESD由1.31 mGy/次降为0.61 mGy/次, 这与张梦龙^[7]等的研究结果基本一致。

胸部摄影在常规X射线诊断中所占的比例是最大的^[10], 有不少学者对DR胸部摄影中曝光条件与受检者辐射剂量的相关性进行了研究, 然而他们的研究结果不尽相同。曲良勇^[11]等对不同kV条件下受检者辐射剂量进行了研究, 从60 kV到140 kV, DAP由173.8 mGy·cm²逐渐降低到24.61 mGy·cm², ESD由0.74 mGy逐渐降低到0.13 mGy, 认为胸部摄影应适当提高管电压。曹允希^[12]等利用体模, 在焦片距为150 cm, 曝光量固定为4 mAs条件下, 管电压从60 kV逐级增加到120 kV进行曝光, 体模表面的ESD从63.4 μGy逐渐增加到328.7 μGy, 在权衡受检者辐射剂量和影响质量后, 认为DR胸部摄影的适宜管电压为90kV左右。Launders^[13]等在其研究中却认为, 只用ESD来估计受检者的辐射危险可能会引起误导, 应结合有效剂量进行评估, 有效剂量并不像入射体表剂量随kV的变化有很大的变化幅度, 有效剂量在110 kV时最低。

2.2 与屏-片系统的比较

目前大多数报道都认为, 与CR和屏-片系统相比, DR受检者辐射剂量是最小的。原因是DR具有高达60%以上量子检出效率(DQE), 在较小的照射剂量下便可以得到较好的影像效果^{[14, 15]}, 同时DR系统强大的后处理功能, 可以根据需要对所得影像进行调节, 得到最佳影像; 而传统的屏-片最大的缺点便是动态范围有限, 几乎不能进行影像后处理, 因而, 应用DR可以在不影响影像质量的前提下降低受检者的辐射剂量^{[16, 17]}。

Compagnone^[8]等的研究结果显示, 除头颅AP外, 其他投照部位的ESD均是屏-片系统高于DR, DR受检者ESD比屏-片系统低29%, 其中, 在骨盆摄影中, DR和屏-片系统的ESD分别是0.168 mSv和0.295 mSv, 相差最大; 在头颅摄影中相差最小, ESD分别是0.022 mSv和0.027 mSv。John E. Aldrich^[18]等的研究结果表明, DR胸部PA、腹部AP、骨盆AP的入射体表剂量0.14 mGy/次, 1.86 mGy/次, 1.68 mGy/次, 均低于屏-片系统的0.20 mGy/次, 5.24 mGy/次, 3.30 mGy/次, 并且, 他们还进行了有效剂量的估算, 结果也是DR低于屏-片系统。

3 降低受检者辐射剂量方法

对于一台具体DR机器, 设备的性能是固定的, 因此, 曝光量、管电压、焦片距、照射野等成像参数的选择对于降低受检者的辐射剂量是至关重要的。

3.1 合理提高管电压

管电压决定了撞击靶上电子所具有的能量, 管电压越大, 产生的X射线的能量就越高, 穿透力增强, 从而降低了软射线对受检者的危害, 同时缩小了各组织对X射线的吸收差异, 影像层次增多, 提供更多的诊断信息; 管电压增加可缩短曝光时间, 减少受检者器官运动造成的影像模糊, 从而降低受检者入射体表剂量^[19]。

3.2 降低mAs

曝光量与影像质量和受检者的辐射剂量都是密切相关的, 随着曝光量的增大, 虽然影像的噪声会逐渐减小, 但患者的辐射剂量也会随之增大^[20], 在满足临床诊断的情况下, 降低mAs, 寻求二者之间的最佳平衡。

3.3 合理调节照射野

人体是散射体, 在相同管电压下, 散射线量除与组织类型、组织厚度等有关外, 还与照射野面积密切相关, 照射野越大, 产生的散射线就越多, 对图像的质量及受检者的辐射剂量的影响就越大, 因此, 将照射野缩小到能容下被检部位的最小程度并准直定位可以有效的减少散射线量^{[21, 22]}。

3.4 控制焦片距

X射线是在球管内的高速电子流撞击阳极钨靶时产生的, 产生的X射线随距离和能量的传递而衰减, 若忽略空气的吸收, 在没有其他介质存在的情况下, 来自点状源的辐射照射剂量率与到该点源之间的距离平方成反比^[23]。由此, 缩短焦片距, 受检者辐射剂量率和入射体表剂量都会大幅提高; 增加焦片距则会增加管电量, 从而使X射线球管的负荷增加。

3.5 使用附加过滤

使用过滤能屏蔽掉低能X射线, 大量的软射线被阻挡和吸收, 使X射线质相对变硬, 使其射线能量以高能部分为主, 从而降低受检者的入射体表剂量^[24]。

3.6 合理组合电离室

DR平板探测器中一般有2~ 3个电离室, 各个电离室可根据不同部位摄影的要求组合使用。吕杰^[25]等的研究表明, 在DR摄影选择电离室时, 在胸部、颈椎等组织密度相对均衡的解剖部位, 所用的电离室越多, 受照剂量越小; 在骨盆等组织密度相对不均衡的解剖部位, 相对密度低和组织厚度小的区域所用的电离室越少, 受照剂量越小。

3.7 辅助防护用品的使用

在不影响诊断检查和影响质量的前提下, 为受检者提供辅助防护用品, 特别注意受检者性腺、甲状腺及眼晶状体等敏感部位的屏蔽防护。

4 研究的趋势

常规医疗X射线检查照射已成为公众辐射照射剂量负担的主要来源。X射线成像是利用X射线的穿透等性质取得人体内器官与组织的影像信息以诊断疾病的技术, 因而不可避免地对人体有辐射伤害, 所以如何选择最优化曝光参数, 在保持图像质量以符合诊断要求的同时最大限度地降低X射线辐射剂量, 从而减少电离辐射对受检者和操作人员的辐射危险就成为人们关心的重点。

DR既可以潜在减少受检者辐射剂量, 也可能导致受检者辐射剂量的增加, 原因是即使在过度曝光条件下, 因DR系统具有比较大的曝光宽容度, 也可以得到高质量的图像^[26]。DR系统带有自动曝光控制(AEC), 其可以根据被照体的厚度、病理等特征, 自动控制X射线的曝光量, 以生成较好的图像, 可以大大提高工作效率, 但是, 在实际操作中仍需手动适当改变摄影条件, 而且, 好多先进的数字化设备都是从欧美等西方国家进口的, 它们生产的设备的kV、mAs等参数可能都是参照欧美人的体型设置的, 对于我们中国人不一定合适。由于数字系统和屏-片系统在成像原理的不同, 以往关于屏-片系统的优化措施是否适用于数字系统也是值得商榷的。因此, 在保证影像质量的情况下, 通过各种最优化手段, 使患者接受的辐射剂量降至最低, 寻求最佳的曝光条件才是研究的发展趋势。

5 结论

数字放射摄影图像的质量及受检者的辐射剂量与机器性能和设备参数是密切相关的^[27], 应定期检测X射线球管中心及光野摄野的一致性, 校验kV、mAs的准确性, 校准电离室的偏差, 以防止因机器的性能和设备参数的不准确而引起的图像质量下降和受检者辐射剂量的增加。最优化曝光条件的选择与影像技术人员的业务素质是密不可分的, 影像科医生应摒弃一味追求影像质量而不考虑受检者辐射剂量的做法, 而应该根据ALARA原则权衡各因素的利弊, 选择最优的曝光参数, 得到一幅既能满足诊断需要又能最大限度降低受检者辐射剂量的片子, 使受检者免遭不必要的X射线照射, 加强对DR的质量保证(quality assurance, QA)和质量控制(quality control, QC)是势在必行的。