腰椎间盘突出是腰腿痛最常见的病因之一, 不仅给患者的生活带来很多不便和痛苦, 更在心理上对患者造成了很大的伤害, 部分药物治疗及物理治疗效果不明显且症状较重的患者, 须行手术治疗; 大量研究^[1-3]表明各种介入治疗是当前腰椎间盘突出症最常用且有效地的治疗方法。虽然介入放射学给人类带来了巨大的利益, 但同时也使患者受到较高的辐射剂量。与传统的医用诊断X射线相比, 介入放射的特征就是长时间的透视和大量的摄影, 对患者和工作人员均造成高剂量的照射。与DSA相比, CT引导下的腰椎间盘突出介入手术图像显示更清晰、定位更准确、工作人员不直接接受X射线照射。然而CT引导的介入手术辐射剂量也更大。池卫华等^[4]探讨通过改变CT扫描参数降低腰椎间盘突出臭氧介入术中扫描剂量的可行性, 研究结果表明常规剂量组和低剂量组(40 mAs)两组患者两种不同剂量下显示病灶形态、边缘无明显差异, 病灶内部结构的显示低剂量组不及常规剂量组, 但低剂量CT的图像质量可以达到CT引导的目的, 不仅保证了穿刺的准确率, 同时大大降低了患者所受的辐射剂量和CT球管的损耗。

1 材料和方法 1.1 主要仪器设备 1.1.1 介入手术室CT设备

西门子(SIEMENS) Emotion16螺旋CT。

1.1.2 探测器

TLD 2000P LiF(Mg, Cu, P)粉末, 北京康科洛电子有限公司生产。

1.1.3 读出器

RGD-3B型热释光剂量仪, 中国人民解放军防化研究院生产; 探测器和读出器均经中国计量科学研究院检定并在有效期内。

1.1.4 粉末分样器

TLD2000型粉末分样器, 北京康科洛电子有限公司生产。

1.1.5 退火炉

2000B型TLD远红外精密退火炉, 北京康科洛电子有限公司生产

1.1.6 仿真人体模型

中国标准人体模型(男性)。

1.2 测试方法与步骤 1.2.1 热释光剂量计的准备

TLD 2000P LiF(Mg, Cu, P)粉末(北京康科洛电子有限公司生产) 240℃时退火15 min, 自然冷却后, 用粉末分样器分装, 密封于直径2 mm的塑料管中待用。

1.2.2 实验分组

根据CT设备的扫描参数及扫描方式共分为四组:标准剂量轴向扫描组、标准剂量螺旋扫描组、低剂量轴向扫描组及低剂量螺旋扫描组。

1.2.3 扫描参数

根据相关参考文献[4]推荐的腰椎间盘介入手术的低剂量扫描参数, 将低剂量组的CT扫描参数设置为130 kV, 40 mAs; 标准剂量组的CT计算机系统默认扫描参数(130 kV, 180 mAs); 采用标准腰椎间盘重建算法, 重建层厚1 mm, 重建层间隔0.5 mm。

1.2.4 热释光剂量计的放置

在实验进行前预留出3只剂量计作为本底, 分别编号为X、Y、Z, 放入铅盒中保存; 按照ICRP 103出版物^[6]推荐的主要器官或组织的位置, 在仿真人体模型内预定孔中插入剂量计(每孔一个)。具体分布情况为:肺11个、甲状腺2个、睾丸2个、乳腺2个、眼晶状体2个、食道1个、结肠2个、小肠2个、胃3个、脾1个、肝5个、胰腺1个、肾2个、脑4个、膀胱2个、胸腺1个、唾液腺1个、骨骼54个(其中头颅骨11个, 肱骨、肩胛骨及颌骨共计9个, 胸骨3个, 肋骨10个, 颈椎2个, 胸椎4个, 腰椎4个, 骶椎3个, 下肢骨及骨盆共计8个), 然后在仿真人体模型的后颈部、胸背部、臀部及手术野中央每个体表部位各布放热释光剂量计1个, 共计102个。

1.2.5 实验具体过程

还原腰椎间盘介入治疗手术, 对四组布放好热释光剂量计的仿真人体模型的同一个腰椎间隙进行照射, 每组照射两次, 照射后用打孔并编号的木板回收热释光剂量计, 带回实验室测量。

1.3 剂量估算 1.3.1 仿真人体模型内器官或组织的吸收剂量D_T

1)

公式(1)中, D_T为仿真人体模型内器官或组织T的吸收剂量, 其国际制单位为戈瑞(Gy); 为对于单能光子, 肌肉、骨骼、脂肪与空气的质量能量吸收系数比^[5]; K_air = X_i·C_f, C_f为刻度因子, 数值为6.13 × 10^-4, X_i为仪器测量读数扣除本底后除以2(因为实验时为求精确, 每组实验对人体模型照射两次)。

1.3.2 骨髓吸收剂量

红骨髓的吸收剂量是根据ICRP103出版物^[5]报道的不同骨组织中红骨髓的百分含量加权计算得出:

2)

公式(2)中, D_T为骨组织的吸收剂量; F_i为骨组织内红骨髓占全部红骨髓的百分含量。具体红骨髓的百分含量见表 1。

1.3.3 有效剂量

使用ICRP103出版物推荐的辐射权重因子和组织权重因子^[6], 计算标准剂量轴向扫描组、标准剂量螺旋扫描组、低剂量轴向扫描组及低剂量螺旋扫描组四个组的患者一个椎间隙的定位扫描的有效剂量。

3)

公式(3)中, E为有效剂量, 单位Sv; w_T为组织权重因子, 详见表 2; H_T为某器官或组织的当量剂量, 单位Sv; w_R为辐射权重因子, 在X射线能量范围内为1; D_T为器官或组织的吸收剂量。

1.4 扫描图像

为比较及评价不同扫描参数时CT重建图像的差异, 对同一患者同一腰椎间盘层面采用两种不同扫描参数扫描, 并重建获取图像, 见图 1, 其中A为180 mAs, B为40 mAs。

2 结果

腰椎间盘介入诊疗中, 标准剂量轴向扫描组、标准剂量螺旋扫描组、低剂量轴向扫描组、低剂量螺旋扫描组中患者一个椎间隙的定位扫描的组织或器官的吸收剂量(Gy)和有效剂量(Sv)见表 2。

3 讨论

由表 2可以看出在腰椎间盘介入诊疗中, 标准剂量螺旋扫描组的患者有效剂量最高, 其余由高至低依次为标准剂量轴向扫描标组、低剂量螺旋扫描组、低剂量轴向扫描组。

本研究结果说明在kV一定的情况下, 降低mAs能明显降低患者的受照剂量, 图 1显示低剂量组CT图像质量较常规剂量组CT图像质量噪声大, 但低剂量仍可以达到CT引导的目的, 保证穿刺的准确率, 同时显著降低患者所受的辐射剂量。

另外, 轴向扫描相对于螺旋扫描方式, 也能降低患者的受照剂量。Lucey等在30 mAs的条件下对291例患者行CT引导下介入操作, 包括活检、引流, 成功率为93.5%, 仅有13例患者在低剂量的条件病灶下无法显示, 从而改用常规剂量扫描操作^[7]。通过表 2可见, 各组中器官或组织的受照剂量较大的分别为标准剂量轴向扫描组:骨表面8.83 μGy、肾脏1.70 μGy、红骨髓1.36 μGy; 标准剂量螺旋扫描组:骨表面19.9 μGy、肾脏3.87 μGy、红骨髓3.02 μGy; 低剂量轴向扫描组:骨表面2.31 μGy、肝脏0.502 μGy、红骨髓0.36 μGy、肾脏0.326 μGy; 低剂量螺旋扫描组:骨表面5.75 μGy、肾脏1.16 μGy、红骨髓0.811 μGy; 本实验结果说明器官或组织的受照剂量与介入操作部位的距离相关, 距操作部位越近, 其受照剂量越大, 照射野内的器官或组织吸收剂量很大, 远离照射野的器官或组织吸收剂量较小。因此, 在不影响介入诊疗的前提下, 尽量缩小照射野、降低mAs以及选择轴向扫描方式, 可以明显降低患者的受照剂量。此外, 在不影响图像质量的前提下, 使用感兴趣区域透视可大大降低患者的受照剂量^[8]。因骨表面及红骨髓相对其他组织或器官占全身比例较大, 故全身吸收剂量相对较高。

在椎间盘介入治疗中, CT的主要作用是引导, 并不是以影像诊断为目的, 因此, 穿刺时CT扫描完全可以降低mAs, 虽然图像质量略有下降, 但不影响穿刺成功率。腰椎间盘低剂量扫描能减少受检者的超额射线暴露, 可降低公众人群因辐射带来的癌症风险率^[9]。介入放射学的开展极大的提高了疾病的诊断和治疗效果, 但同时也带来了前所未有的防护问题。由于介入技术是在射线透视和造影指导下进行的诊断和治疗, 因此具有曝光时间长、床边操作等特点, 介入放射学工作人员和患者不可避免地会受到较大剂量的照射, 会给其健康带来极大的隐患, 因此, 提高自我防护意识, 采取各种措施尽最大可能降低自己及患者的受照剂量, 是每一个介入放射学工作人员应尽的义务。