施敏懿
摘 要
目的：调研儿童CT剂量估算方法和儿童CT辐射风险与辐照剂量和年龄的关系。方法：阅读文献并总结儿童CT辐射风险的相关研究成果，其中主要是流行性病学的调查。结果：0～1岁的婴儿CT检查的有效剂量明显高于成年人;而且单位剂量的辐射风险随年龄的减少而增加;脑部辐射剂量达到60mGy时的患脑癌的风险是未受照射的三倍。红骨髓辐射剂量50mGy时患白血病的风险是未受照射时的三倍。结论：儿童相比成年人对辐射敏感性更高，为了降低相对辐射风险，应尽量降低单次CT的辐射剂量。
关键词
儿童CT;辐射;风险评估
中图分类号： R473.72 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 10 . 71
0 前言
20世纪70年代初，计算机断层成像（简称CT）开始运用于临床，其临床使用价值很快得到认可。随着CT的发展，其临床应用范围不断扩展，受检人次急剧增加，CT检查已成为人造电离辐射所致人均有效剂量的最大来源。而正处于生长发育旺盛时期的儿童相比于成人有着更高的放射性敏感性，儿童CT检查已日益受到公众关注，儿童CT的辐射风险也成了其中最关键的一个问题，直接决定了CT检查规范的制定以及防护措施的实施。
1 儿童CT辐射剂量估算
1.1 剂量测量方法
目前国际上对儿童CT剂量的研究主要集中在两个方面[1]，一是利用不同尺寸的等效体模（代表不同年龄的儿童），或根据真实个体进行CT扫描得到的不同性别、不同年龄的体素体模，同时应用蒙特卡罗技术估算有效剂量，并开发了相应的计算软件。例如CT-Expo剂量估算软件[2]（CT-Expo，Medizinische Hochshule，Hannover，德国）基于德国1992年和2002年CT设备调查的数据资料开发而来。其中需要输入的参数有：CT制造商、设备型号、扫描方式、管电压（kV）、管电流（mA或mAs）、螺旋时间（s）、螺距、X射线管旋转一周检查床所移动的距离、准直器宽度、扫描厚度、扫描范围。
二是通过电离室分别测量儿童等效体模中心和周围处的CT剂量指数（CTDI），然后根据权重计算得到加权CT剂量指数（CTDIw）和剂量长度乘积（DLP），利用DLP与有效剂量E之间的相关性和线性关系，根据它们之间不同年龄、不同扫描部位的转移系数估算剂量[3]。但是根据归一化系数计算得出的儿童CT有效剂量只适用于群体剂量调查，不适合于针对个体剂量的精确估算。
1.2 儿童CT辐射剂量与成人比较
以螺旋CT这种常用的扫描方式为例，比较儿童与成年人的CT辐射效应，不难发现，相同的扫描条件下，婴儿受到辐射的有效剂量比成年人更多。表1[4]阐明了这一结论。即使通过降低管电压以及管电流能适当地减少有效剂量，但是由于儿童的组织或器官之间的距离相对成人更小，当扫描感兴趣的部位时，附近的器官或组织仍会受到更高的剂量。
1.3 儿童CT剂量与年龄的关系
儿童接受CT照射的年龄是影响CT剂量的重要因素，掌握剂量随年龄的变化规律对于儿童CT的辐射防护有重要意义。为了估算出儿科CT的器官剂量，应用了Huda等人[5]给出的头部CT和腹部CT检查的有效剂量随年龄变化的函数关系。图1即为两种类型的CT的不同器官的剂量随年龄的变化[6]。这里假设不同年龄使用的CT扫描参数相同，从图中不难看出各个器官的剂量的辐照剂量都是随着年龄降低迅速增加的。这个有效剂量与年龄的函数关系与Zankl等人[7]用蒙特卡罗方法计算得到的结果是吻合的。他们用电脑仿真模拟计算得到的7岁儿童CT检查剂量相对成年人的1.35倍，而这个函数关系得到的相对剂量值是1.39。
2 儿童CT辐照风险评估
不少机构和组织都针对儿童CT的辐照风险这一问题展开了调查研究，研究的方法主要分为两类：第一类是通过调查日本广岛/长崎核爆炸超过十万的幸存者的流行病学资料，研究得到受辐照诱发癌症的风险模型，再结合儿童CT的扫描剂量参考值，即可评估儿童CT的辐照风险;另一类是從医疗机构实施CT检查治疗的患者中选择合适的样本，统计记录扫描参数，患者的年龄性别等信息，然后追踪调查CT检查后患癌症或其他辐射引起的疾病的概率从而估算辐照的风险。
2.1 儿童CT辐照风险与年龄的关系
BEIR 5号报告以及ICRP 60报告都给出了单位剂量辐射的诱发的癌症相对致死风险与受辐照年龄的变化关系，如图2所示，图中实线部分是BEIR 5号报告的风险与年龄变化关系，而虚线部分则是ICRP 60号报告给出的风险与年龄的变化关系[6]。两者都是基于风险模型相同，相对风险受性别、受照射年龄、受辐照后的时间等因素的影响。并且在处理低剂量的情况时，采用了高剂量向低剂量的线性外推的处理方法。两个报告虽然给出的结果虽然不尽相同，但是不难发现，单位剂量的辐射诱发癌症的相对风险是随着受照射年龄降低而增加的。也就是说儿童在CT检查中若和成年人受到的剂量相同的话，儿童的辐射诱发癌症风险要高于成年人。考虑的CT检查时儿童各个组织器官受到辐照的不均匀性，将总的癌症风险细分到不同器官的患癌症风险，得到的单位剂量的癌症风险随受照射年龄也有着相同的变化趋势，各个器官的辐射敏感性还是存在一定的差异的。
图2 单位剂量的风险与辐照年龄关系
图3 估算辐射致癌风险随CT年龄变化关系
结合单位剂量的风险模型和CT辐射剂量与年龄的函数关系即可估算得到总的风险值随CT年龄变化的关系。如图3所示，辐射致癌风险随着年龄降低迅速增加[6]。这是由于单位剂量的风险与辐射剂量都是随年龄降低而增加，这两者的增加相乘叠加起来的变化就非常明显了。也就充分说明了儿童CT的辐射致癌风险相对成年人大大地增加了[8]。
2.2 儿童CT辐照风险与剂量的关系
Mark等人[10]在英国开展了一个调查项目，他们选取了没有患癌症并在英国的国家健康中心（NHS）做CT检查的病人作为研究对象。从1985年到2002年，这些病人均在他们低于22岁的年纪进行了一次或一次以上的CT检查。从1985年1月1日截止到2008年12月31日，研究人员追踪调查了这些病人患癌症或换白血病的概率和死亡率。而且为了排除了这些病人中做CT进行癌症诊断，调查只记录了第一次CT五年后患癌症和白血病的情况。通过调查研究估算得到分别患白血病和脑癌的相对风险与剂量的关系如图4所示[10]。图中的虚线是线性拟合得到的相对风险与剂量的线性关系，实际上，在红骨髓辐照剂量较低时（0～30mGy），患白血病的相对风险并不是随着剂量增加单调增加的;同样的，脑部辐照剂量在0～150mGy范围内也不是单调增加的，这与传统的线性无阈模型是矛盾的，说明用线性无阈模型评估分析存在一定的局限性。
现在考虑儿童多次CT辐射的风险问题。15岁以下儿童一次CT脑部受照射剂量在20～30mGy之间，红骨髓受照射剂量在4～10mGy之间。15岁以下儿童进行5～10次头部CT的红骨髓累积辐射剂量达到50mGy，这时的患白血病的风险是相对未经过CT的儿童的三倍;进行2～3次头部CT脑部受辐射剂量达到60mGy，这时患脑癌的风险也是相对未经CT的儿童的三倍。单次CT检查由于辐射剂量较低，给儿童带来的患癌或白血病的相对风险可能不明显甚至可以忽略，但多次扫描累积的剂量值则达到一定程度，这时带来的辐射风险增加将变得不容忽视。如果CT检查不可避免，那么，如何降低单次CT扫描的有效剂量显得尤为重要。
2.3 儿童CT的辐射防护
一些研究[11]表明儿童CT的剂量可以通过调节扫描参数（例如降低管电流和管电压）降低30%到50%或更多，并且获得和成人CT相同的CT成像质量。但是大多数医疗机构没有根据病人的年龄、体重等调整扫描参数以致儿童遭受了不必要的过多的辐射剂量。因此，研究儿童CT扫描的辐射风险对于医疗机构给出既能满足医疗要求的CT成像质量，又能有效降低辐射剂量的CT方案对于儿童CT的辐射防护有着重要意义。
目前，降低儿童CT检查的辐射剂量的方式主要分为两类：一类是根据儿童的体型，年龄，体重等优化CT扫描的参数;另一类是研究和优化重建算法，从根本上解决CT图像重建对X射线强度要求，从而较低的辐射剂量也能得到优良的重建图像[14-16]。除了降低辐射剂量外，建立相应医疗照射的剂量参考水平是实现防护最优化的重要举措，一些国家、地区相继开展了制定剂量参考水平的相关工作[12]。
3 总结与讨论
3.1 儿童CT扫描的特殊性
儿童相对于成人有高辐射敏感性，特别是甲状腺、乳腺及性腺组织，这意味着对于儿童单位质量的组织接受相同的剂量会比成年人有更大的辐射危险由于儿童的身体尺寸更小，使得组织或器官间的距离变小。如果用和成人同样的CT装置扫描儿童，一些正常组织就可能被包括在CT检查的X射线范围内，乳腺可能处在腹部CT扫描检查的上边界之下，即便不被包含在扫描射线范围内，也容易受到散射线的影响。
儿童相对于成人有更长的生存时间，由于辐射危险在整个生命周期内具有累积性，使发生潜在危害效应的可能性增加，因此不同年龄的人群，其辐射危险是不同的。
儿童相对于成人有更高的辐射剂量，相同的扫描条件，儿童受到的剂量更高。这主要与X射线在组织中的物理学特性有关。射线照射组织必然受到衰减，因此不同深度的各点必然沉积一定的剂量。对于CT，扫描架与X射线束是旋转的，因此射线可以来自各个方向照射组织，造成衰减的不同。如果受照射组织体积小，则射线到达相同深度的某点被衰减的程度小，因此，相同扫描條件下，体积小的儿童所受剂量明显高于成人，然而这是没有必要的。因为，CT参数显著地降低仍可保持相同的影像诊断质量，而目前普遍的情况是医生并未针对儿童采取最优化的扫描条件，导致儿童接受更多的不必要的辐射剂量。
3.2 儿童CT辐射的风险评价
目前关于风险估算存在一定争议的地方就是低水平辐射是否导致致死性癌症的显著增强，有部分人认为低剂量的辐照并不能引起显著的影响[13]，甚至有流行病学研究得到低剂量照射后低于预期致癌水平的结论。
恰好相反，根据日本原爆幸存者的50年跟踪调查研究结果，这些研究支持线性无阈假说，发现低剂量辐射所致危险持续存在，且儿童时期的辐射风险是最高的。那么，即使儿童CT有着不可替代的重要医疗作用，但它带来的不必要的辐射剂量总是伴随着额外的风险，这些潜在的风险是不能被忽视的。随着儿童CT检查的频率不断增加，为促进儿童CT检查的合理化应用，降低儿童CT剂量，减少其辐射危害，在临床上制定儿童CT检查技术规范很有必要。
参考文献
[1]杨珂，李连波，于夕荣.儿童CT扫描剂量估算与辐射危险度评价[J].中华放射医学与防护杂志，2008，28（6）：668-670.
[2]苏垠平，肖国兵，陈俊波，等.头、胸部CT扫描所致儿童甲状腺剂量估算及其癌症风险预测[J].中华放射医学与防护杂志，2015，35（11）.
[3]路鹤晴，朱国英，卓维海，等.单层与多层螺旋CT所致儿童受检者辐射剂量研究[J].中华放射医学与防护杂志，2008，28（3）：281-285.
[4]Hall E J. Lessons we have learned from our children： cancer risks from diagnostic radiology[J]. Pediatric Radiology， 2002， 32（10）：700-706.
[5]Huda W， Atherton J V， Ware D E， et al. An approach for the estimation of effective radiation dose at CT in pediatric patients.[J]. Radiology， 1997， 203（2）：417-22.
[6]Brenner D， Elliston C， Hall E， et al. Estimated risks of radiation-induced fatal cancer from pediatric CT.[J]. American Journal of Roentgenology， 2001， 176（2）：289-96.
[7]Frape D L. Frush DP， Donnelly LF， Rosen NS. Computed tomography and radiation risks： what pediatric health care providers should know[J]. Pediatrics， 2003， 112（4）：951-7.
[8]顾建华，卓维海.降低儿童X射线CT检查辐射剂量的研究进展[J].中国医学物理学杂志，2014（5）.
[9]石海兵，周卫丽.优化CT扫描参数，降低儿童患者辐射剂量[J].实用医技杂志，2008.
