医疗照射在人工辐射中占比重最大，其中对公众集体剂量贡献最大的是X射线摄影诊断^[1]。人体剂量评估通常使用人体计算机仿真模型进行模拟计算，其中面元模型能够精确表示器官形状且可变形性强^[2]。儿童相较于成人对于电离辐射有更高的敏感性，且器官体积质量与成人差异大，在医学诊断中采用成人的标准来限制儿童是不可取的^[3]。目前已建立的儿童体模都是基于欧美参考人或物理体模建立的^[4-9]，不能完全代表中国儿童参考人。我国临床上现用的X射线摄影儿童受检者剂量估算标准是《X射线诊断中受检者器官剂量的估算方法》(GB/T16137-1995)^[10]，其给出的数据是基于欧美参考人计算得到，且仅有部分年龄儿童器官剂量结果(0、1、5岁)，不能完整准确地评估中国X射线摄影儿童受检者所受剂量。因此，本研究建立了5和10岁中国参考儿童体模，并进行蒙特卡罗模拟计算X射线摄影儿童受检者器官剂量及有效剂量。

1. 5岁中国儿童参考体模的建立：本研究室前期已建立了10岁中国儿童参考体模^[11]，本研究依据类似的方法，建立了5岁中国儿童参考体模。

本次建模所使用的5岁原始CT数据由首都儿科研究所放射科提供，数据来自与7个5岁患者的不同身体扫描位置，所选取患者尽量与中国儿童参考人的身高体重特征相一致，以初步保证各器官组织质量尽可能与参考质量接近。忽略10岁及以下的男、女儿童身高体重的差异，用含有两套性器官的体模代替男女体模。

2. X射线摄影儿童受检者的剂量评估：基于已建立的5和10岁中国儿童参考体模，利用本实验室自主研发的THUDose蒙特卡罗剂量学软件，对X射线摄影进行建模。

根据临床实践常用的源皮距确定源与人体模型之间的相对位置，结合不同照射条件射野的位置确定点源的准确坐标。方形准直器的几何结构为在正方体铅块上凿出梯台形方孔，通过调整准直矫正器梯形开口大小使得在入射体表形成的射野范围符合临床实际照射情形。真实X射线摄影的机头产生的是不连续的X射线能谱，不同的管电压、滤过及焦皮距对应不同的能谱信息，本研究中利用Xcomp5r软件，通过设定以上3个参数获得对应照射条件下的X射线能谱。

利用以上建立的模型模拟计算X射线摄影中5和10岁儿童受检者的器官剂量D_T(mGy)，同时模拟计算了入射体表空气比释动能K_{a, e}(Gy)，利用(1)式计算得到器官剂量转换系数C_T(mGy/Gy)。采用国际放射防护委员会(ICRP)103报告给出的组织权重因子计算有效剂量E(mSv)^[12]，利用(2)式计算得到有效剂量转换系数C_E(mSv/Gy)。在临床实践中利用以上计算得到的器官剂量转换系数和有效剂量转换系数，通过测量入射体表的空气比释动能就能估算受检者器官剂量和有效剂量：

1. 中国儿童参考体模：最终建立的5岁体模身高为110 cm，体重为19 kg，符合GBZ/T 200.1-2007中的参考值^[13]。建立起的面元模型一共包括125个不同的组织和器官，包括国际放射防护委员会(ICRP)最新建议书所包含的所有辐射敏感器官^[12]，且各个器官质量与GBZ/T 200.2-2007^[14]中国参考人参考值的差异在2%以内，见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 中国5参考儿童体模器官质量与国家标准列表 Table 1 Organ masses of Chinese 5-year-old reference phantom and national standard 器官/组织 质量(g) 偏差(%) 器官/组织 质量(g) 偏差(%) 5岁体模 国家标准 5岁体模 国家标准 胆囊壁 3 3 0.02 前列腺 1 1 0.02 胆囊内容物 16.01 16a 0.03 卵巢 0.5 0.5 0.07 胰腺 40 40a 0 子宫 5.91 5.9 0.05 心脏 129.78 130 -0.17 皮肤 775 775 0 主血管 58.7 59 -0.5 脑 1 186.5 1 200 -1.13 淋巴结 71.88 72a -0.17 眼晶状体 0.35 0.35 0.09 胸腺 32.67 33 -0.99 眼球 13 13 0 脾脏 70 70 0 甲状腺 3.4 3.4 0 肾脏 113.91 115 -0.95 乳腺 3 3 0 膀胱壁 13 13 0 肾上腺 5 5 0 膀胱内容物 33 33a 0 脊髓 20 20 0 睾丸 3.1 3.1 0.01 骨骼 1 905.4 1 910a 0.24 注：a中国参考人数据缺失，采用亚洲参考人数据[15]

表 1 中国5参考儿童体模器官质量与国家标准列表 Table 1 Organ masses of Chinese 5-year-old reference phantom and national standard

2. 儿童受检者X射线摄影剂量评估结果：本研究模拟的照射条件包括了常见的儿童X射线摄影诊断照射条件，对5和10岁儿童模拟的照射方位均包括胸部后前位(PA)和腹部前后位(AP)，5岁数学体模及中国参考儿童射野范围如图 1所示。每种照射方位下模拟管电压60~90 kVp，总过滤2.5~4 mmAl，给出了5和10岁儿童器官剂量转换系数和有效剂量转换系数数据库。

图 1 5岁儿童体模A. 数学体模；B. 中国参考儿童体模 Figure 1 5 y pediatric phantoms A. Mathematic phantom; B. Chinese pediatric referencep hantom

选取现在施行标准《X射线诊断中受检者器官剂量的估算方法》(GB/T16137-1995)^[10]的数据与本研究5岁儿童X射线摄影器官剂量转换系数部分计算结果进行对比。本研究计算得到的不同照射条件下肺部剂量转换系数比GB/T16137-1995结果偏低，胸部后前位最大差异达到-22.2%，腹部前后位最大差异达到-46.4%。对于红骨髓的剂量转换系数，本研究的计算结果比GB/T16137-1995结果偏高，胸部后前位最大差异达到181.7%，腹部前后位最大差异达到123.1%。GB/T 16137-1995中对甲状腺和睾丸的剂量转换系数在各种照射条件下取均一值，而本研究中剂量结果随射线源的能量增加而增加，且在各个能量下本研究的计算结果均高于GB/T 16137-1995。胸部后前位照射甲状腺剂量转换系数最大差异为105.4%；腹部前后位照射睾丸剂量转换系数最大差异为320.8%。

本研究计算得到的中国参考儿童有效剂量转换系数见表 2。GB/T 16137-1995中未给出有效剂量转换系数的计算结果。Kawasaki等^[16]研究者基于PCXMC软件对6岁儿童受检者胸部照射剂量进行了模拟，并基于ICRP 103号报告^[12]给出的组织权重因子计算了有效剂量。本研究有效剂量计算结果与其进行比较，差异在3%以内。

表 2(Table 2)

表 2 5和10岁中国参考儿童不同照射条件不同部位X射线摄影有效剂量转换系数(mSv/Gy) Table 2 Effective dose conversion coefficients of 5- and 10-year-old Chinese reference pediatric radiography with different radiography conditions and field (mSv/Gy) 管电压(kVp) 总过滤(mmAl) 5岁 10岁 胸部PA 腹部AP 胸部PA 腹部AP 60 2.5 201 241 149 259 60 3 212 254 159 273 60 3.5 222 264 166 282 60 4 234 279 177 292 70 2.5 226 263 168 283 70 3 235 277 180 294 70 3.5 246 288 187 307 70 4 257 298 197 319 80 2.5 243 285 187 308 80 3 253 296 197 317 80 3.5 265 308 205 329 80 4 277 317 214 337 90 2.5 258 300 203 324 90 3 269 314 213 335 90 3.5 281 326 220 346 90 4 291 336 226 353 注：PA.后前位；AP.前后位

表 2 5和10岁中国参考儿童不同照射条件不同部位X射线摄影有效剂量转换系数(mSv/Gy) Table 2 Effective dose conversion coefficients of 5- and 10-year-old Chinese reference pediatric radiography with different radiography conditions and field (mSv/Gy)

1. 器官剂量转换系数结果：刘倩倩^[17]基于美国CIRS公司生产的5和10岁儿童等效组织物理体模的CT断层扫描图像，利用三维建模软件进行图像处理，构建得到物理体模对应的数字化儿童体素模型，利用本研究方法进行模拟计算X射线摄影儿童受检者辐射剂量转换系数。在等效组织物理体模中放置热释光剂量计进行实验测量，将实验结果与模拟结果进行对比，验证了本研究模拟方法及X射线摄影建模的正确性。

对于5岁儿童肺部器官剂量转换系数，本研究模拟得到的胸部后前位照射肺部剂量比GB/T 16137-1995结果偏低，分析其原因主要是5岁中国参考儿童与数学体模的肺部形状及位置略有差异。其中5岁中国参考儿童肺部体积为934 cm³，而数学体模肺的体积为980 cm³，则在胸腔体积相近的条件下，中国参考儿童体模的肺部周围的脂肪层等组织器官较厚，对肺部辐射屏蔽作用较大，进而导致本研究的结果较GB/T 16137-1995结果较低。这一差异同样体现在腹部前后位照射的肺部结果中，且由于腹部照射肺大部分处于照射范围外，除了肺本身几何参数的差异外，还受到其他散射器官的影响，因此结果差异更多。

红骨髓器官剂量的差异主要来源于两个方面：一是本研究所建立的中国参考儿童体模骨模型与数学体模中的骨模型不同；另一方面，本研究采用的红骨髓剂量计算方法与GB/T16137-1995采用的ICRP 34号报告^[18]计算方法不同。数学模型中的骨骼采用的是均匀骨模型，即整个骨骼由一种均匀混合物构成。而辐射敏感组织红骨髓实际上仅分布于松质骨中，且红骨髓在人体骨骼不同部位的含量是不相同的，因此，本研究建立的儿童体模中采用Site-specific非均匀骨骼模型区分皮质骨、松质骨，并将整个骨骼按红骨髓分布的情况进行再次分割，以更为准确地计算红骨髓、骨表面的剂量。且在剂量计算方法上，ICRP34号报告^[18]中采用的是剂量响应函数方法计算人体数学模型中骨表面和红骨髓的剂量，骨髓腔弦长分布数据对次级电子进行输运，针对不同骨骼的红骨髓、骨表面给出了一套剂量响应函数。而本研究采用的红骨髓剂量计算方法是3CFs(Correction Factor)改进方法，该方法的正确性已经在本实验室已发表论文中得到验证^[19]。综上所述，本研究所建立的骨模型更符合解剖结构且采用了更新的红骨髓剂量计算方法，因此得到的红骨髓器官剂量转换系数更加准确。

对于5岁儿童甲状腺和睾丸器官剂量转换系数，GB/T 16137-1995中各种照射条件下取均一值不够准确。分析甲状腺计算结果的差异主要来源于中国参考儿童体模与数学体模中甲状腺位置的差异及照射范围的不同。由本研究结果可知甲状腺处于胸部照射范围的边缘，两个体模中甲状腺位置的差异会对结果带来较大的影响，本研究中把甲状腺完全包括在照射范围内，而GB/T 16137-1995计算中照射范围未包含甲状腺，造成本研究结果的剂量更高。

而在腹部后前位照射中睾丸器官剂量转换系数的差异同样来源于器官位置及照射范围的影响，睾丸处于腹部照射的边缘，本研究中的射野范围在头足方向更长，下边界包含范围更大；在密度相当的情况下中国参考儿童的睾丸体积更大，因此，本研究计算中射野包含的睾丸体积更多导致结果更大。

2. 有效剂量转换系数结果：Kawasaki等^[16]研究基于数学体模进行计算，数学体模仅用简单的几何体代表儿童组织器官，不能很好地代表中国儿童的解剖学特征。将文献结果与本研究结果相近照射条件的结果对比，从胸部后前位照射的有效剂量转换系数对比结果来看，在不同管电压下二者的差异在3%以内。

本研究已建立5和10岁中国参考儿童体模，考虑到儿童具有生长发育快的特点，不同年龄儿童器官质量及解剖特征差异较大，本实验室正在建立包括3个月、1岁、5岁、10岁、15岁男性和15岁女性在内的一系列的中国儿童参考人面元模型。未来也将利用系列儿童体模计算更加完整的X射线摄影剂量数据库。同时基于此数据库可开发中国儿童X射线摄影剂量评估软件，为临床剂量评估提供有力工具。

本研究计算结果与文献结果的差异主要来源于以下几个方面：选用体模解剖结构的不同；模拟的照射条件(例如照射范围等)不完全一致；红骨髓等部分器官采用的剂量计算方法不同。其中经过分析认为数学体模与本研究建立的中国参考儿童体模在解剖结构及器官质量上不同，是导致部分器官剂量转换系数计算结果差异的主要原因，且在器官处于照射范围外的情况下差异较大，具体分析已在上文进行阐释。为进一步探究体模的差异对计算结果的影响，下一步的工作拟将数学体模应用于本研究蒙特卡罗模拟中计算器官剂量及有效剂量转换系数，将计算结果与目前工作的结果进行对比。

综上所述，本研究采用了更加精细的中国参考儿童体模，比数学体模更加符合中国儿童解剖学特征，且针对现用X射线摄影设备进行建模，利用蒙特卡罗方法模拟得到X射线摄影不同照射条件下的器官剂量转换系数及有效剂量转换系数，相较于原来基于数学体模的计算结果更加准确，能够为临床X射线摄影儿童受检者剂量评估提供更有效的参考，同时本研究结果将为最新X射线摄影剂量评估相关国家标准提供重要基础数据。

利益冲突  无

作者贡献声明  马锐垚负责5岁儿童体模的建立、蒙特卡罗模拟建模及计算方法研究、数据计算、论文撰写；任丽负责蒙特卡罗模拟建模及计算方法的指导；邱睿、武祯、李春艳提供计算方法指导和数据审核；胡安康负责10岁儿童体模的建模；李君利、刘海宽、卓维海提供思路，指导论文修改