本文刊于：中华儿科杂志, 2017,55(10) : 796-799

作者：白家瑢 吴琳

随着经导管介入技术与器械的迅猛发展，越来越多的先天性心脏病(简称先心病)，患儿接受介入手术治疗。在介入手术操作中，常规应用X线透视显示心脏影像及指引导管的位置，此过程不可避免地产生电离辐射，对患儿健康存在潜在的威胁。因此，在儿童先心病介入术中应遵循儿科放射协会推荐的辐射防护(as low as reasonably achievable，ALARA)准则，即在保证获取满足手术需求的图像质量的前提下，应尽可能减少电离辐射暴露[1,2]。现将电离辐射的危害、辐射剂量的测定、儿童先心病介入手术的电离辐射剂量参照值以及降低术中辐射剂量的有效手段综述如下，旨在加强术中辐射防护意识，尽可能减少辐射暴露。

一、医疗电离辐射对于儿童健康的危害

近30年随着医疗影像技术发展与普及，平均每年接受的医源性辐射剂量显著上升，心血管影像检查与介入治疗所致的电离辐射约占40%[3]。国际放射防护委员会将辐射损伤分为确定性效应和随机性效应。确定性效应是指辐射剂量大于一定水平(阈值)时出现的损伤，主要是辐射引起细胞死亡，当细胞死亡达到一定的比例会损害组织和器官的完整性，从而影响其功能。损伤的程度则取决于辐射的吸收剂量、频率以及类型，吸收剂量越大则损伤程度越严重，可出现消化道症状、骨髓造血功能衰竭、皮肤损伤、眼部病变及心血管疾病。随机性效应包括遗传效应和致癌效应，辐射剂量只与其发生概率相关，而与严重程度无关，不存在剂量阈值[4]。

儿童的细胞增殖率高，细胞分化种类多、形态变化大、功能差异大，对于辐射敏感性更高。儿童的组织敏感性大约是成人的2～10倍，因此辐射暴露风险与暴露年龄呈反比线性关系。同时，由于儿童生存时间较成人长，因此长期的随机效应(如恶性肿瘤)的发生风险增高[5,6]。在日本*生还者寿命的研究中发现，癌症发生率显著增加，其中儿童生还者罹患癌症的发生率更高，证实儿童接受辐射后更易导致肿瘤发生。然而在评估幸存者后代的研究中缺乏直接的证据显示辐射造成了与健康相关的遗传损伤发生，从而提示辐射暴露的致癌效应比遗传效应更值得关注[7]。

二、医疗电离辐射剂量测定的常用指标及相关意义

1．空气比释动能：

空气中离X射线管固定的距离所测得的剂量，国际单位为戈瑞(Grey，Gy)，代表射线入口处表面皮肤吸收的放射线剂量。

2．剂量－面积乘积(dose－area product, DAP)：

是指照射到人体表面的X射线束的横截面积与空气比释动能的乘积，可反映患者接受的总辐射量，一般以Gy·m2表示。有研究显示儿童DAP与体重的关联性高于成人，故DAP/kg作为比较不同体重儿童间的辐射剂量更加具有参考性[8]。

3．介入参考点(interventional reference point, IRP)：

血管机C臂进行旋转时，会绕着一个中心点进行运动，该点定义为ISO Center。国际电工委员会定义ISO Center下方15 cm的点(更靠近球管侧)为IRP，即剂量计算或测量参考点，假想该点为X射线在患者皮肤表面的入射点。DSA机器显示的最终剂量报告上的空气比释动能和DAP值均是在此点测量所得。

4．有效剂量(effective dose, ED)：

不同的辐射源对人体的损伤效果是不一样的，这和辐射种类有关。为此，科学家们专门定义了一种叫作"当量剂量"的物理量，采用希沃特(sivert, Sv)为单位，让不同类辐射的杀伤力之间可以进行公平的比较，用来衡量辐射对生物组织的影响程度。

有效剂量是不同组织或器官的当量剂量的总和，为当量剂量与不同器官加权因子的乘积(此加权因子根据器官对低剂量辐射所致随机效应的敏感性来决定)，即在全身非均匀照射的情况下，人体所有组织或器官的当量剂量的加权总和，显示出全身对低剂量辐射所致随机效应的加权风险。

有效剂量的检测包含很多复杂计算。临床实践中对DSA检查中辐射剂量通常采用空气比释动能和DAP进行侧面考虑。如果特别需要进行实际有效剂量的测量时，可在患儿身上放置剂量计，再查取相关权重因子进行计算。

5．儿童先心病介入治疗中辐射剂量的参照值：

影响儿童先心病介入手术辐射剂量的因素很多，首先是手术的复杂性，其次包括患儿年龄、体形以及DSA设备设置，此外手术操作者的技巧与防护意识也会造成明显差异。目前国外已依据多中心临床数据建立了先心病介入治疗的辐射剂量参照值，用于评估介入手术的辐射防护效果[9,10,11]。而国内关于儿童先心病介入治疗辐射剂量的数据很少，来源于单中心临床研究，样本量少，且未进行年龄或体重分组[12,13]。

Congenital Cardiac Catheterization Project on Outcomes(C3PO )协作中心成立于2006年，共包括了15家先心病介入诊疗中心。在2014年C3PO协作中心发布了美国先心病介入治疗辐射剂量参照值，其收集了2009年1月至2013年7月2 713例儿童先心病介入手术，并依据手术类型与患者年龄进行了辐射剂量分类汇总[9]。2017年该协作中心在进一步收集了2014年1月1日至2015年6月30日1 680例儿童介入手术的辐射剂量的基础上，更新了参照值，并增加了DAP/kg的参照值[10]，结合以往文献总结见表1。Congenital Cardiovascular Interventional Study Consortium(CCISC)多中心协作组也发表了2008年6月至2013年9月4 268例儿童先心病介入手术的参考值(DAP/kg)[11]。

三、有效降低儿童先心病介入治疗中辐射剂量的方法

1．辐射防护教育、技术培训和辐射剂量监测：

长期以来，由于缺乏足够的教育培训，儿童心脏科介入医师对于术中的辐射防护问题缺乏认识。印度一家医学中心对150名医师(除外放射科及放射肿瘤科)进行了辐射安全问卷调查，结果显示多数临床医生低估了辐射剂量，几乎80%的医师对辐射剂量单位感到困惑，仅18.8%的医师了解确定性效应与随机效应的区别[14]。另一项国际辐射安全的调研对728名医师进行了问卷调查，结果显示约半数医师低估影像学检查的辐射剂量；而在辐射安全相关问题中，来自发达国家的医师正确率高于发展中国家，约75%的医师对辐射剂量单位感到困惑[15]。另一家医学中心统计了不同时期的儿童先心病诊断与治疗性心导管手术的辐射剂量，显示增进心导管操作医师辐射安全意识后可显著降低术中的患儿辐射暴露剂量[16]。提示多数临床医师需要进一步的辐射相关教育，并且介入手术操作人员对于辐射防护的意识直接影响术中患儿的辐射暴露，因此关于ALARA防护准则及相关操作指南的定期培训很重要。

2．优化DSA设备：

DSA设备的老龄化可使得图像接收器的X射线光子的转化能力降低，不仅会损失图像质量，同时DSA设备具有的自动曝光控制装置(automatic exposure control，AEC)会补偿性增加辐射剂量，因此DSA设备的图像质量与辐射剂量需要定期进行检测，及时进行DSA设备维护及更新非常重要。

近年来平板探测器逐渐取代图像增强器的使用，平板探测器的优点包括图像空间分辨率高、成像的动态范围大、可作快速采集、降低辐射剂量等[17,18]。平板探测器技术也在不断更新中。Lamers等[19]采用西门子新一代DSA设备(Artis Q．zen系统)使得儿童动脉导管(PDA)封堵术的辐射暴露剂量下降了约70%，平板探测器拥有更高的灰阶动态范围，采用晶体硅替代非晶体硅，通过更高效的数字信号转化和更低的平板图像噪声控制，降低了辐射暴露剂量。

3．优化术者操作技术：

(1)减少透视时间：

术前充分了解患儿病史及完整心超检查结果，如有必要完善其他相关非侵入性检查，从而了解心脏相关解剖结构，制定详尽手术计划，有助于减少介入术中的透视与曝光时间。此外，在手术操作中只有需要透视引导时，才使用透视踏板，避免不必要的辐射暴露。手术者必须培养良好的透视操作习惯，当视线离开透视监视屏幕时，脚离开透视踏板[2]。操作者应尽可能使用透视储存功能，即保留透视下的动态或单帧图像，用于回顾先前采集的透视图像，避免重复透视，减少透视总时间。

(2)合理使用滤线栅：

DSA设备的滤线栅由铅条组成，用于吸收散射的X线，有利于提高图像质量；同时滤线栅也吸收了部分非散射X线，降低了图像亮度，因此AEC系统会自动增加辐射剂量以保障图像达到固定亮度值，因此滤线栅的使用一定程度增加或加倍了辐射剂量[2]。

分别在不同投影角度下对于5、10、20 cm厚的假体(分别相当于≤3.5、10、19 kg患儿)进行了有无滤线栅的对比，发现去除滤线栅后3组的DAP平均下降约31%，差异有统计学意义[20]。同时图像质量的计算器运算发现，假体厚度越大，去除滤线栅对降低图像质量的影响越明显，故建议在≤10 kg儿童中去除滤线栅，而>10 kg儿童根据操作医师的要求酌情决定。Ubeda等[21]研究采用4、8、12、16 cm不同厚度假体进行滤线栅有无的辐射剂量和图像质量比较，结果显示对于厚度>8 cm的假体(相当于儿童胸部厚度>12 cm，体重>19 kg)使用滤线栅会明显提升图像质量。

总之，较小年龄儿童体表面积小，引起的X线散射少，因此滤线栅的应用对提高图像质量的作用十分有限，却大大增加了辐射剂量，因此目前建议在<20 kg以下的儿童中直接去除滤线栅或运用Air－gap技术(图1)，即去除滤线栅并适当升高图像接收器，使得患者与图像接收器之间的距离(Air gap)消耗散射的X线，从而保障图像的质量同时降低了辐射剂量[1,2,22,23]。目前多数DSA设备通过一个按钮便可以便捷地移除滤线栅。

(3)合理设置透视参数：

降低透视脉冲频率设定可以降低辐射剂量，但儿童的心率较快，过低的透视脉冲频率会导致心脏结构可视化较差而延长透视时间，故应合理设置透视脉冲频率。Covi等[24]在诊断及介入心导管治疗病例中，比较了透视脉冲频率分别为15、7.5、5 fps时的辐射暴露剂量，并在术后对医师进行手术难度问卷调查，结果显示透视脉冲频率由15 fps下降至7.5 fps可以大幅降低患者辐射暴露剂量，且不会增加手术时间和手术难度。

Borik等[25]回顾性收集分析2 819例先心病介入手术的辐射暴露剂量，包括：房间隔缺损(ASD)封堵术、PDA封堵术、主动脉瓣成形术、肺动脉瓣成形术和肺动脉成形术。研究期间，该中心先后尝试在<10 kg儿童使用air－gap技术以及在<20 kg儿童中应用air－gap技术合并降低透视脉冲频率设置(由15 fps下调至7.5 fps)。ASD封堵术的辐射暴露剂量DAP由698 μGy·m2下降至633 μGy·m2和344 μGy·m2，PDA封堵术由308 μGy·m2下降至240 μGy·m2和178 μGy·m2，差异有统计学意义，其他3类手术结果相似。

Hiremath等[26]在ASD介入堵闭术中，将透视脉冲频率由7.5 fps下调至4 fps，发现DAP中位数由2 895 μGy·m2下降至1 250 μGy·m2，且并未延长手术时间与透视时间。操作医师认为透视脉冲频率下调至4 fps时，图像的确比较不清晰，但可以很快适应，不增加手术难度。

(4)正确使用准直器与图像放大技术：

准直器是由铅板组成的装置，控制X射线管出口射线范围的大小。手术操作中通过调节准直器大小可实现仅仅将感兴趣区域暴露于X线照射范围中，不仅可减少患儿的辐射暴露面积，还可降低散射剂量，同时提高图像质量[2]。

DSA设备具有电子放大功能，通常有4～6个模式以供选择不同大小的视野区域(field－of－view，FoV)投照于图像接收器。越小的FoV值，显示的图像放大比率越大。放大功能适用于清晰显示细微的解剖结构，但将显著增加辐射暴露剂量。辐射暴露剂量与FoV呈负相关：当FoV从25 cm下调至20 cm时，透视模式下辐射剂量增加38%～44%[27]。因此，手术操作中应避免过度使用放大模式，切忌全程使用，建议采用可接受的最低限度的放大模式获取保障手术完成所需的图像。

(5)调整DSA球管位置和投照角度：

保持图像接收器尽量贴近患儿，而患儿尽量远离X射线管。患者位置与X射线管－图像接收器距离(source－image distance，SID)对辐射剂量有显著影响。将图像接收器远离患者，可放大图像，但此方法同时降低了图像亮度，AEC自动增加辐射剂量以保障图像达到固定亮度值。图像接收器本身也有一定阻挡散射的功效，因此将其远离患者会降低此保护效果。在模拟测试中，当SID设置由90 cm增加至120 cm，并且模拟体的位置由接近图像接收器下降至接近X射线球管时，辐射剂量几乎加倍；而保持SID为120 cm，仅将模拟体位置上升至接近图像接收器时，辐射剂量下降约35%[27]。因此使用单平面DSA设备时，可调节患者位置尽量远离X射线管，以降低辐射暴露，然而在使用双平面DSA设备时，患儿位置必须保持在ISO Center。

在Agarwal等[28]研究中，回顾性分析了成人1 975例诊断性心导管手术的辐射剂量(AK率，空气比释动能/s)。研究结果显示，增加投照角度可导致AK率显著增高，因此建议尽量减少使用左右斜位的投影。Aldoss等[29]回顾性分析了716例儿童患者在心导管介入术中的辐射暴露剂量。结果显示侧位投照下，总剂量DAP/(kg·min)、透视DAP/(kg·min)、曝光采集DAP/(kg·min)的中位数分别为前后位投照的3.6倍、2.27倍和1.55倍，即单位时间内侧位投照的辐射剂量明显高于前后位。这是因为人类胸部呈椭圆形，左右径长度大于前后径，增加投照角度会导致X射线穿透的组织厚度增加，散射随之增加，AEC系统则会补偿性增加辐射剂量，因此在保证诊断和治疗所需信息量的前提下，尽量减少使用较大的投照角度，可以有效地降低患儿的辐射暴露[30]。

综上，加强先心病介入治疗中的辐射防护有重要意义。通过多方面的紧密合作，选择适宜的DSA设备及参数设置；增强操作人员的辐射防护意识和防护技巧，才能达到ALARA目标。

参考文献（略）