基于身體質(zhì)量指數(shù)的鉛圍脖防護效果評估

李 帥 晁 勇 李天然 徐啟明 李 勤#*

1(北京理工大學生命學院，工業(yè)和信息化部融合醫(yī)工系統(tǒng)與健康工程重點實驗室，北京 100081)2(解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院，北京 100048)

引言

隨著多排螺旋CT(multi-detector computed tomography, MDCT)的普及，CT檢查功能的逐漸拓展，患者接受CT檢查的次數(shù)逐漸增多，使得患者的受照劑量逐漸增大。CT球管的漏射線，檢查床、周邊墻面和物體的反射線以及人體組織內(nèi)部散射等引起的散射射線劑量顯著增加[1-2]，使研究者們逐漸關注人體照射野外敏感部位(如晶狀體、甲狀腺、胸腺等)的輻射吸收劑量。Su等的研究發(fā)現(xiàn)，接受胸部CT掃描的兒童患者甲狀腺吸收劑量為2.63～5.76 mGy。據(jù)此推算，每100 000例患者中有2.1個男孩、14.1 個女孩會出現(xiàn)患甲狀腺癌的風險[3]。甲狀腺結節(jié)患者進行CT檢查后，甲狀腺結節(jié)有很高概率轉(zhuǎn)化為甲狀腺腫瘤[4]。根據(jù)本課題組前期統(tǒng)計，解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院3年內(nèi)胸部CT檢查項目占全部CT常規(guī)檢查的61%。甲狀腺是人體淺表的輻射敏感器官，是靠近胸部CT掃描的檢查區(qū)域，因此對其防護不容忽視，研究胸部CT檢查時甲狀腺的防護方案具有重要意義。

國內(nèi)外學者對CT掃描中甲狀腺的防護進行了許多研究。Ngaile等的研究表明，0.125 mm鉛當量的防護護具可以減少甲狀腺吸收劑量的37%，0.25 mm鉛當量的防護護具可以減少甲狀腺吸收劑量的51%[5]。Hopper等使用0.25 mm厚的金屬鉍材料，將其覆蓋在胸部CT檢查患者的甲狀腺皮膚表面，使患者的吸收劑量減少了74.2%[6]。Iball等的研究表明，相比鉍、鎢、鋇等金屬，鉛是一種有效而經(jīng)濟實惠的防護材料；且0.7 mm鉛當量的鉛圍裙足夠阻擋肺部X線血管造影檢查中的外散射[7]。由于CT掃描過程中球管做圓周運動，直射射線和散射射線來自各個方向，與覆蓋式防護相比，將護具完全包裹住擬防護器官，能夠取得更好的防護效果[8-9]。

身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)是目前國際上常用的衡量人體胖瘦程度的一個標準指標。已有研究表明，BMI是影響CT輻射劑量的重要因素之一[10]。CT輻射劑量與患者的BMI有關，且輻射劑量隨患者的BMI增大而增大[11]，對BMI較大的患者進行掃描區(qū)域外器官的防護尤為重要。《X射線計算機斷層攝影放射防護要求》(GBZ165—2012)中規(guī)定，開展CT檢查時，應使用鉛圍裙、鉛圍脖等防護用品和輔助防護設施，做好非檢查部位的輻射防護，但該標準未明確規(guī)定如何使用防護護具和防護護具的具體指標，且在已有的研究中，防護護具對不同BMI患者的防護效果探究較為欠缺。

筆者基于前人的研究成果，采用自制的1.0 mm鉛當量的鉛圍脖作為護具，使用光致發(fā)光(optically stimulated luminescent，OSL)劑量計，監(jiān)測胸部CT掃描模式下不同BMI患者甲狀腺表面的吸收劑量，對比佩戴和不佩戴鉛圍脖時吸收劑量的差異性，探討鉛圍脖對不同BMI患者的防護效果，以評估防護圍脖在胸部CT掃描中對甲狀腺防護的有效性。

1 材料和方法

1.1 實驗材料及儀器

1.1.1鉛圍脖制作方法

使用蘇州市恒康醫(yī)療器械有限公司生產(chǎn)的0.25 mm鉛當量、厚度為0.5 mm的輕型乙烯鉛橡膠材料，裁制成500 mm×50 mm的長方形橡膠條，將4 個橡膠條上下疊放后，以快速膠黏貼，制作成1.0 mm鉛當量的鉛橡膠材料；使用牛津尼龍綢制作保護套，將鉛橡膠材料包裹固定；在保護套兩端縫上尼龍黏結墊，用來將鉛圍脖固定于患者頸部。醫(yī)務人員在使用一次性醫(yī)用墊單包裹患者頸部后，再為其佩戴鉛圍脖，以防止皮膚致敏反應及皮膚病傳染。實驗用鉛圍脖結構及擺放位置如圖1所示。

圖1 實驗所用鉛圍脖示意。(a)鉛圍脖結構；(b)鉛圍脖擺放位置

1.1.2劑量測試儀器

在實驗中，采用美國藍道爾公司生產(chǎn)的nanoDot OSL劑量計，測量患者的甲狀腺吸收劑量。它是一種基于Al2O3粉末的OSL劑量計，能量響應范圍為5 keV～20 MeV，劑量響應范圍為0.01 mGy～10 Gy。在實驗前，使用美國藍道爾公司提供的120 kV空氣中照射的刻度劑量片對Microstar讀數(shù)儀進行校準，而該劑量片可溯源至美國國家標準與技術研究院(National Institute of Standards and Technology, NIST)的電離室RadCal Model。校準后，讀數(shù)儀在25℃環(huán)境下讀數(shù)誤差小于5%，重復讀數(shù)誤差小于1%。

1.2 胸部CT掃描方法

實驗采用美國GE公司能譜CT(Discovery CT750)設備對患者進行螺旋CT胸部掃描。CT掃描條件統(tǒng)一設定如下：管電壓為120 kV，管電流為自適應調(diào)節(jié)模式，掃描層厚為5 mm，準直器寬度為40 mm，螺距為1.375，機架轉(zhuǎn)速為0.5 s/rot。

1.3 數(shù)據(jù)采集方法

根據(jù)中華人民共和國國家衛(wèi)生與計劃生育委員會標準《成人體重判定》(WS/T 428—2013)，按照BMI的高低，將實驗組(該組患者佩戴1.0 mm鉛當量的鉛圍脖)和對照組(該組患者不佩戴任何防護護具)，受試患者的入選標準設定為偏瘦組、正常組、超重組和肥胖組4組，每組各15 名患者。按實驗入選標準，選擇解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院2 個月內(nèi)符合入選標準的胸部CT檢查患者120 例，隨機將患者分入對照組(該組患者不佩戴任何防護護具)和實驗組。本實驗獲得醫(yī)院倫理委員會批準。

患者平躺于CT掃描床上，將3 個OSL劑量計并排放置在對照組受檢患者的甲狀腺皮膚表面，實驗組佩戴鉛圍脖。分別對實驗組和對照組的患者進行仰臥位螺旋胸部CT掃描，掃描范圍從肺尖至肺底，并使患者雙手手臂上舉。掃描結束后，記錄患者的性別、身高、體重以及機器自動生成的劑量長度乘積(dose length product，DLP)。

掃描結束后回收劑量計，使用Micro Star讀數(shù)儀進行劑量讀數(shù)。讀數(shù)結果均需扣除測量現(xiàn)場劑量計的本底，并取3 個劑量計的讀數(shù)平均值作為該患者的甲狀腺吸收劑量值。鉛圍脖應盡量貼合患者身體，減少空氣縫隙和褶皺，以保證實驗一致性和檢測準確率。

1.4 統(tǒng)計學方法

對兩組患者的DLP以及甲狀腺表面吸收劑量進行均值比較，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 實驗組與對照組患者DLP比較

盡管大多數(shù)的研究表明，使用防護護具能夠有效減少敏感器官的輻射劑量，但仍有學者對防護護具的安全性持懷疑態(tài)度，認為佩戴防護護具會影響掃描部位的X射線衰減特性，增大CT機的出線量，導致患者的輻射劑量增大[12]。因此，本研究首先比較了實驗組與對照組患者CT機的出線量，以證明防護圍脖的安全性。DLP是掃描結束后CT機自動計算生成的，表征患者受檢區(qū)域內(nèi)所受輻射劑量的物理量。在本研究中，用DLP表征CT掃描過程中機器的總出線量。

實驗組與對照組患者的DLP見表1。應用獨立樣本t檢驗對兩組患者的DLP進行均值比較，顯著性均大于0.05，實驗組與對照組的DLP沒有顯著性差異。

本研究中，鉛圍脖位于患者的檢查區(qū)域外，不會影響檢查區(qū)域內(nèi)患者身體組織對X射線的衰減，不會增加CT機的出線量。實驗組與對照組患者的DLP無顯著性差異，表明佩戴鉛防護圍脖不會增加CT機的出線量，日常胸部CT檢查中佩戴鉛防護圍脖是安全可行的。

表1 實驗組與對照組患者的DLP比較

2.2 對照組患者DLP與甲狀腺吸收劑量比較

對照組患者的DLP和甲狀腺表面吸收劑量見表2。單因素方差分析結果表明，不同BMI分組患者的DLP值和甲狀腺表面吸收劑量具有顯著性差異(P<0.05)，胸部掃描患者的DLP值和甲狀腺表面吸收劑量均隨BMI的增大而增大。

表2 不同BMI分組患者的DLP值和甲狀腺表面吸收劑量

本研究中，采用管電流自適應調(diào)節(jié)曝光技術。計算機通過掃描前預先得到的受檢者掃描部位的X射線衰減特性，估算并控制在掃描部位上不同層面間及同一層面不同投射方向所需管電流的大小[13-14]。諸多研究表明，管電流自適應調(diào)節(jié)技術能夠在不降低圖像質(zhì)量的前提下，有效地減少輻射劑量，減少受檢者的有效劑量，提高檢查的安全性[15-16]。本研究的結果顯示，患者的DLP值和甲狀腺表面吸收劑量均隨BMI值線性增大。這主要是由于BMI值較大的患者其掃描層面所需管電流較大，曝光條件較高，導致其受檢區(qū)域內(nèi)的輻射劑量和受檢區(qū)域外的輻射劑量都較大。因此，在日常CT檢查中，應注意對肥胖患者的電離輻射防護，對其掃描區(qū)域外敏感器官的防護更不容忽視。

2.3 實驗組與對照組患者甲狀腺表面吸收劑量比較

實驗組與對照組患者的甲狀腺表面吸收劑量如表3所示。其中，吸收劑量變化率等于對照組與實驗組吸收劑量的差值除以對照組的吸收劑量。獨立樣本t檢驗結果顯示，兩組患者甲狀腺表面吸收劑量有顯著性差異(P<0.05)。佩戴防護圍脖后，BMI為偏瘦類別的患者甲狀腺皮膚表面吸收劑量下降83.5%，BMI為正常類別的患者甲狀腺皮膚表面吸收劑量下降91.7%；BMI為超重類別的患者甲狀腺皮膚表面吸收劑量下降92.3%，BMI為肥胖類別的患者甲狀腺皮膚表面吸收劑量下降92.8%。

表3 兩組患者甲狀腺表面吸收劑量

盡管本研究中CT設備采用管電流自適應調(diào)節(jié)曝光技術，由于甲狀腺與胸部CT掃描起點間的距離較小，在未佩戴防護圍脖時，肥胖患者的甲狀腺皮膚表面吸收劑量高達40 mGy，且甲狀腺皮膚表面吸收劑量隨患者的BMI升高而增大。

3 討論

患者接受CT掃描時，甲狀腺受到的電離輻射主要由三部分組成：一是CT球管泄露射線在掃描區(qū)域外形成的照射線，二是經(jīng)受檢部位高密度組織反射而進入患者甲狀腺的內(nèi)散射線，三是穿透鉛圍脖并在皮膚和屏蔽層之間形成的二次散射。鉛圍脖能夠阻擋外部X射線的外散射，但不能阻擋內(nèi)散射和二次散射。因此，鉛圍脖衰減患者甲狀腺表面吸收劑量的能力是有限的。由于BMI較大的患者身體組織厚度較大，對該類患者掃描時管電流較大，由受檢部位進入甲狀腺的X射線內(nèi)散射線較大，故在相同的防護條件下，患者甲狀腺表面吸收劑量仍隨BMI的升高而增大。

本研究中，在防護外散射線方面，參照相關文獻，鉛圍脖只選用了1.0 mm鉛當量一種規(guī)格的材料，故而實驗存在一定的局限性。在今后的研究中，應考慮選用不同厚度和材質(zhì)的防護材料制作鉛圍脖，從而確定最優(yōu)防護材料厚度，減輕佩戴重量和壓迫感，提高患者舒適度。

4 結論

本研究采用自制的1.0 mm鉛當量的鉛橡膠材料制作鉛圍脖護具，應用OSL劑量計，對比胸部CT掃描模式下不同BMI患者甲狀腺表面在有無佩戴鉛圍脖時吸收劑量的差異。對符合入選標準的120例胸部CT掃描患者的DLP及甲狀腺表面吸收劑量測量，結果表明這些指標均隨BMI升高而增大；佩戴防護圍脖不會增加CT機的出線量，并且能夠明顯降低甲狀腺表面的吸收劑量。

基于本研究的實驗結果，在日常胸部CT檢查中，醫(yī)務人員應提醒患者佩戴防護圍脖，普及防護圍脖的使用知識，提高對患者甲狀腺的防護水平。同時，有甲狀腺結節(jié)的患者和肥胖患者更應佩戴防護圍脖，從而將甲狀腺的射線吸收劑量降到最小值。

(致謝：感謝解放軍總醫(yī)院第一附屬放射科及醫(yī)學工程科全體技師對本研究所做出的貢獻)

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