据联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)2008年报告,在一些发达国家医疗照射已成为公众所受电离辐射的最大来源^[1]。其中CT扫描作为重要的临床诊断技术,其使用率在逐渐增加,我国"九五期间"全国医疗照射调查中,CT检查年频率由1996年每千人口12.61增长至1998年每千人口15.55,其检查的年增率远高于普通X射线检查^[2];上海2007年CT扫描的年频率为128.16每千人口,与1996年相比增长了29倍^{[3, 4]};截至2009年,我国CT设备数已经增加至7 900台^[5],接受CT检查的人数将更为可观。儿童受照射后诱发实体癌的终生危险是一般人群的2~3倍^[1],而CT扫描所致受检者剂量远高于普通X射线摄影^[1],因此,儿童CT扫描的终生癌症风险已成为国际关注的话题。之前,国际上对于CT扫描所致癌症风险的预测模型主要是来自日本原爆幸存者的资料^{[6, 7]}。最近,英国、澳大利亚通过流行病学回顾性队列研究估算CT扫描的癌症风险,其研究结果均显示CT扫描增加了其随后癌症发生的风险^{[8, 9]}。我国对过去接受CT扫描的患者资料保存的不够完善,目前,无法从流行病学的角度预测CT扫描可能诱发的癌症风险。因此,本研究通过对儿童头、胸部CT参数的调查估算其甲状腺剂量,利用BEIRⅦ风险模型^[10],结合中国人口的肿瘤发病率及人口寿命表,估算其甲状腺癌的终生归因风险,提高对于CT扫描可能存在的风险意识,同时,也为今后CT扫描中患者的辐射防护提供理论基础。

1. 调查对象:将位于东南沿海地区的某三级综合性医院作为调查现场,该医院拥有649张床位,调查对象为2012年1月1日至12月31日期间接受头部或胸部CT检查且年龄≤15岁的儿童。

2. 调查内容:利用放射科信息管理系统(RIS)收集患者相关信息,包括患者的就诊编码、性别、出生日期、检查类型、受检时间、检查部位等,将信息提取到ACCESS数据库。然后利用数据库筛选出接受头部或胸部CT检查的儿童,并将其扫描时的DICOM文件从PACS系统中提取出来。头或胸部CT扫描参数的提取:通过DCMTK软件(dcmtk\\bin\\dcmdump.exe)^[11]提取DICOM文件中的扫描参数包括管电压、电流、扫描厚度、检查类型、检查时间、扫描模式及曝光时间,而准直器宽度、螺旋时间及扫描范围对于每一个固定年龄段固定CT扫描方案是不变的,该数据由放射科物理师提供。

3. 剂量估算:CT-expo剂量估算软件(CT-Expo,Medizinische Hochschule,Hannover,德国)基于德国1999年和2002年CT设备调查的数据资料,并利用蒙特卡罗模拟的技术开发而来,估算接受CT扫描患者的有效剂量及器官剂量^[12]。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。该软件可估算成人男性、女性、儿童(7岁)及婴儿(2个月)的特定器官剂量。根据我国0~18岁儿童、青少年身高的统计,可以看到其身高的变化曲线^[13]:男孩13岁,女孩11岁之后其身高变化很小,可忽略,对1~6岁及8~15岁两个年龄段采用线性内插法估算其CT扫描所致甲状腺器官剂量。

4. 甲状腺癌风险模型:利用由BEIRⅦ委员会开发的最新辐射诱发癌症风险预测模型^[10],该模型是建立在日本原爆幸存者和其他医疗照射队列合并分析的基础上,采用了低剂量无阈风险模型,假设甲状腺癌的发病率与辐射剂量成线性相关,甲状腺癌的潜伏期为5年,模型中剂量/剂量率因子(dose and dose rate factor,DDREF)取值为1.5。

LAR定义为10万人接受100 mGy的辐射照射诱发癌症的风险,其公式表达为

男性:

女性:

公式(1)中,D为器官当量剂量,mSv;e为患者受照时的年龄,a是到达年龄,为e+L(在辐射危险的潜伏期(年):甲状腺癌L＝5)岁;S(a)是存活到年龄a的生存概率,S(a)/S(e)是以年龄e存活为条件的存活到年龄a的生存概率(%)。

公式(2)中,M(D,e,a)是超额绝对危险;超额相对危险(ERR)是不同剂量、受照时年龄e和达到年龄的超额相对危险;λ_c^I(a) 是各个癌症部位在到达年龄时的性别全人口的基线癌症发病率,基线癌症发病率是5岁一个年龄组,可采用线性内插法获取一岁1个年龄组的癌症发病率,也可假设同一年龄组不同年龄的癌症发病率相同,在本研究中采取了后者的处理方式,其中我国甲状腺癌的发病率数据来自于《2011年中国肿瘤登记年报》^[14]。

公式(3)和(4)分别为男性和女性甲状腺癌的ERR计算公式。

对于生存概率的计算方式,公式如下:

式中,_iq_X为死亡概率,生存概率S(a)或S(e)=1-_iq_X,_im_X为2008年中国不同性别、年龄别的死亡率^[15],x为实足年龄,i为年龄组距。

1. 接受头、胸部CT扫描儿童基本分布情况:所调查的医院2012年期间儿童分别接受头部或胸部CT扫描且具有CT扫描图像的共790人次,其中头部CT677人次;胸部为113人次。接受头、胸部CT扫描儿童的年龄及性别分布见表1。

表1()

表1 790人次不同年龄儿童头、胸部CT扫描人数

表1 790人次不同年龄儿童头、胸部CT扫描人数

2. 头、胸部CT扫描所致儿童甲状腺剂量:从DICOM文件及CT操作台的扫描条件可获得不同年龄组、不同性别的CT扫描参数(表2),其中对管电压、管电流是选取所接受扫描患者的均值作为该年龄段的扫描参数,其他参数不变。将表2中的扫描参数及相关数据输入CT剂量估算软件中,可得到不同年龄、性别儿童的典型甲状腺器官剂量(表3),不同年龄段患者CT参数大致相同,单次头部CT扫描所致儿童甲状腺剂量范围均为1.2~2.0 mGy;单次胸部CT扫描所致儿童甲状腺剂量范围为8.1~38.0 mGy。

表2()

表2 790人次不同年龄儿童头部和胸部CT扫描参数均值调查结果

表2 790人次不同年龄儿童头部和胸部CT扫描参数均值调查结果

表3()

表3 不同年龄儿童头部和胸部CT扫描所致甲状腺器官剂量(mGy)

表3 不同年龄儿童头部和胸部CT扫描所致甲状腺器官剂量(mGy)

3. 头、胸部CT扫描所致儿童甲状腺癌的风险:根据BEIRⅦ提出的终生归因风险模型并结合甲状腺癌发病率及中国人口寿命表,预测0~15岁儿童的甲状腺癌风险(表4),表中甲状腺癌的例数代表假设10万该年龄儿童接受100 mGy甲状腺剂量后,其中终生可能发生甲状腺癌的例数。将表4中的数值结合表3中估算的甲状腺剂量,即可得该医院不同年龄、性别儿童接受头部或胸CT扫描可能诱发甲状腺癌的风险(表5),其中头部CT扫描所致甲状腺癌风险最高的为新生儿(女)为9.6/10万人口;胸部CT所致甲状腺癌风险最高为新生儿(女)为244.7/10万人口;CT所致儿童甲状腺癌的风险均随其年龄的增加而逐渐减小。

表4()

表4 不同年龄不同性别儿童甲状腺癌终生归因风险(1/10万)a

表4 不同年龄不同性别儿童甲状腺癌终生归因风险(1/10万)a

表5()

表5 不同年龄儿童头部、胸部CT扫描所致终生甲状腺癌风险(1/10万)

表5 不同年龄儿童头部、胸部CT扫描所致终生甲状腺癌风险(1/10万)

对于低剂量辐射致癌的研究一直是国际上比较关注的问题,本研究首次利用BEIRⅦ 风险模型,结合中国2008年癌症发病率及人口寿命表预测单次头部、胸部CT扫描所致儿童甲状腺癌终生风险。从研究结果可看到,CT扫描所致甲状腺癌风险最高的为新生儿(女)为244.7/10万人口;并且CT所致儿童甲状腺剂量与癌症风险均随其年龄的增加而逐渐减小。

与其他研究相比,Schonfeld等^[16]基于一系列混合计算人体模型并结合蒙特卡洛计算方法估算新生儿头、胸部CT扫描所致甲状腺剂量分别为2.6、26.7 mGy;对1岁儿童分别为0.5、21.8 mGy;对5岁儿童分别为0.6、17.7 mGy;对10岁儿童则分别为0.8、20.3 mGy。Feng等^[17]对5岁仿真模体接受头部CT扫描后甲状腺剂量为2.52 mGy;而胸部CT后甲状腺剂量为3.4 mGy。从扫描条件来看,Feng等所使用的电压为100 kV,电流采用的是自动曝光控制,而本研究所采用参数电压较高,而且电流也是采用平均值,此外,所使用的剂量估算软件Expo-CT version 2.0,是基于欧洲人模体开发而来,与中国人的模体可能存在一定差异。因此,不同研究所使用的剂量估算方法不同,头部与胸部CT扫描所致甲状腺剂量数值存在一定差异,但其趋势还是一致的,头部CT扫描所致甲状腺剂量明显低于胸部CT,胸部CT扫描所致新生儿甲状腺剂量最高为38 mSv,主要原因是由于头部CT扫描模式为轴扫,而胸部CT为螺扫,螺扫会涉及到z轴超范围扫描;随着年龄的增加其剂量呈下降趋势。此外,由于本研究部分儿童胸部CT扫描采用自动曝光控制(AEC)模式,选择其平均值作为其典型参数,可能存在一定的偏差,有研究表明,估算AEC模式下颈部CT扫描所致甲状腺剂量时,选择平均值作为扫描参数可能会造成低估44%^[18]。

2006年BEIR Ⅶ报告指出,低剂量时癌症风险为线性无阈,很小的剂量都有增加癌症风险的潜在可能^[10],在低剂量辐射效应缺乏确凿的证据下,这一假设为辐射防护提供了一定的指导,对于甲状腺癌而言,该模型的研究主要来源于Ron等^[19]对于6个甲状腺癌发病研究资料的合并分析。目前有多项研究均采用该模型进行风险预测,Feng等^[17]对于5岁儿童接受头部CT扫描所致甲状腺癌的LAR预测结果为:男孩3/10万人,女孩15/10万人;胸部CT扫描为:男孩4/10万人,女孩为21/10万人。与本研究结果相比,胸部CT扫描所致甲状腺风险远高于Feng等^[17]的预测结果,其主要原因是由于研究过程中对于甲状腺剂量估算的差异造成的,胸部CT扫描所致女性甲状腺癌的风险最高为244.7/10万人(新生儿),约为我国甲状腺癌的基线水平(370/10万人)的66%^[20]。同一扫描部位,CT扫描所致女孩甲状腺癌的风险约为男孩的6~8倍,差异一方面是由于BERⅦ模型中,女性甲状腺的ERR/Sv约为男性的2倍^[10],另一方面则是由于其女性的基线发病率高于男性而造成的。

需要注意的是,尽管头部CT扫描所致儿童甲状腺剂量低于胸部CT扫描,其甲状腺癌的风险远低于胸部CT扫描,但既往研究头部CT扫描人次占儿童总的CT扫描一半以上^{[21, 22]},并且有流行病学调查研究显示,儿童时期接受头部CT扫描诱发大脑肿瘤和白血病的风险增加^[8],因此,头部CT扫描的正当化应用需引起高度重视,尽可能减少儿童时期接受X射线照射,同时儿童胸部CT扫描时应注重辐射敏感器官(如甲状腺)的防护,避免可能的癌症风险。此外需要注意的是,CT扫描所致甲状腺癌的风险预测是基于模型,其结果的说服力远不如流行病学调查结果,若能够对儿童时期接受CT扫描的资料进行妥善保存,可为今后进行大规模的流行病学调查提供强有力的支持。