Measurement and Analysis of Gonadal Irradiation Dose During Singe-shot X-ray Exposure of Both Lower Limbs
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摘要:
目的：探讨双下肢数字化X射线摄影中患者性腺的体表摄入剂量（ESD）与性别、年龄、身高和体重等生理参数之间的关系，探讨一次性曝光全幅长板成像的辐射剂量在临床的可行性。方法：前瞻性收集双下肢负重位患者300例，其中男性129例，女性171例。收集双下肢正位和正侧位扫描的患者，摄片时分别在患者的两侧性腺部位设置（TLD）探测器，曝光后使用RGD-3B型热释光剂量仪对其测读，得出相应的剂量值并分析。结果：全副长板成人模式的3次曝光剂量（正位+双侧位）为（1281±202）μGy，是单次曝光剂量（429±99）μGy的3倍左右，3次曝光的剂量（正位+双侧位）显著低于国际规定的辐射剂量；使用多元线性回归分析表明只有身高和体重是性腺辐射剂量的影响因素，而与性别和年龄无关。在儿童扫描参数下，身高<160 cm的ESD剂量为（359±27）μGy，身高>160 cm的ESD剂量为（627±155）μGy，有显著的统计学差异；在成人模式下，身高和体重并不影响ESD剂量。结论：本研究表明单次曝光技术行负重位双下肢全长扫描时性腺的受照剂量与身高和体重有关。性腺所受剂量在安全范围内，一次曝光全副长板的辐射剂量在临床实践中可行。
Abstract:Objective: To investigate the relationship between entrance surface dose (ESD) of gonads and physiological parameters such as sex, age, height, and weight in digital X-ray exposure of both lower limbs and to explore the feasibility of full-width long-plate imaging with single-dose radiation exposure. Methods: A total of 300 patients at a weight-bearing position of both lower limbs were prospectively enrolled in a hospital in Beijing, including 129 males and 171 females. The TLD detectors were set at the gonads on both sides of the patient during scanning. After exposure, the TLD detectors were measured with an RGD-3B thermoluminescence dosimeter, and the corresponding dose values were obtained and analyzed. Results: The average triple exposure dose (AP+bilateral view) in the full-length plate adult mode was (1281±202) µGy, which was approximately three times the single exposure dose (429±99) µGy. The triple exposure dose (AP+bilateral view) was significantly lower than the radiation dose recommended by international standards. Multiple linear regression analysis showed that only height and weight affected gonadal radiation dose. Under the scanning parameters of children, the ESD dose was (359±27) µGy and (627±155) µGy when the height was less or more than 160 cm, respectively, with a significant statistical difference. In adult mode, height and weight did not affect the ESD dose. Conclusions: This study showed that the exposure dose of gonads during full-length scanning of both lower limbs in a weight-bearing position with a single exposure was affected by height and weight. The dose received by the gonads was within the safe range, and a single exposure of the full-length plate radiation dose is feasible in clinical practice.
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Keywords:
- X-ray /
- lower limb photography /
- gonads /
- dose of exposure
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新型冠状病毒感染（coronavirus disease 2019，COVID-19）是由新型冠状病毒（2019-nCoV）感染所致的强传染性急性呼吸道疾病，该病毒变异率高，多数患者症状轻微或无症状，但少数患者可快速进展至重型肺炎，发生多器官功能衰竭，如急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）、脓毒症休克、呼吸衰竭，甚至死亡[1]。重型COVID-19患者病情危重、进展迅速，病死率高及预后差，缺乏针对性的治疗手段，目前以对症支持治疗为主[2]。因此，早诊断、早治疗对于重型新型冠状病毒肺炎患者存活及预后具有重要临床价值。
目前关于重型COVID-19患者特征的研究较少，本研究回顾性分析北京世纪坛医院感染科确诊的52例重型COVID-19患者的临床表现与发病时间相关的早期CT影像学特征，为重型新型冠状病毒肺炎的诊治提供重要临床及影像学信息。
1. 材料与方法
1.1 一般资料
回顾性收集2022年11月16日至2023年1月7日期间在北京世纪坛医院感染科确诊为重型COVID-19且发病两周内初次胸部CT表现阳性的患者52例。
纳入标准：符合国家卫健委颁布的《新型冠状病毒感染诊疗方案（试行第十版）》的重症型患者诊断标准，成人符合下列任何一条且不能以新冠病毒感染以外其他原因解释[3]：①出现气促，RR≥30次/min；②静息状态下，吸空气时指氧饱和度≤93％；③动脉血氧分压（PaO2）／吸氧浓度（FiO2）≤300 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），高海拔（海拔超过1000 m）地区应根据以下公式对PaO2/FiO2进行校正：PaO2/FiO2×（760/气压（mmHg））；④临床症状进行性加重，肺部影像学显示24～48 h内病灶明显进展＞50％ 符合以上任何一条可入组。
1.2 CT扫描技术
CT扫描机器为北京赛诺威盛（Insitum-CT 338机型，32排）。扫描参数：管电压120 kV，管电流150 mAs，矩阵512×512，FOV 380～450，螺距1.0。
重建层厚为肺窗1.5 mm和纵隔窗5 mm。肺窗图像的窗宽和窗位分别为1600和 -600，纵隔窗图像的窗宽和窗位分别为400和40；并行冠状位和矢状位肺窗（1×5 mm）和纵隔窗（5×5 mm）重建；放射剂量DLP 500～600 mGy·cm。
1.3 影像分析
由两名有5年以上工作经验的初级或中级医师采用双盲法完成，结果存在分歧时经高级医师评定达成一致。影像学指标包括：
①病变数量：多发分≤5个和>5个（分为10个及>10个）；②病变累及部位：气管、血管、胸膜和肺脏、纵隔，单叶、单肺和双肺；③病变分布：周围胸膜内和胸膜下、中央血管束周和混合；④病变大小：长径10 mm、10～30 mm、>30 mm和混合；⑤病变占双肺体积百分比（半定量分析），即10％、11％～30％、31％～50％ 和>50％（白肺）；⑥病变形态：小结节状、斑片状、大片状、束带状（与胸膜下长轴平行）或混合型；⑦病变密度：磨玻璃样、实变、网格状、蜂窝状、条索影；⑧病变边缘：模糊、不规则及毛刺；⑨伴随病变：纤维化、胸膜增厚、胸腔积液和胸膜下线等，纤维化征象[4]包括牵拉性支气管扩张、不规则界面（即肺实质与气管、血管、纵隔、胸膜界面不规则）；⑩特殊征象：支气管充气征、晕症、反晕征、拱廊征等。
1.4 统计学分析
采用SPSS 26.0统计学软件对数据进行分析，将患者按发病与CT检查时间间隔分为<7 d和≥7 d两组，比较两组间患者相关的CT表现征象。其中正态分布的计量资料以
$\left( \bar{x}\pm s\right)$ 表示，非正态分布计量资料用中位数（四分位数间距）表示，计数资料以例数和百分比表示，组间分类变量统计采用卡方检验或Fisher精确检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。2. 结果
2.1 临床一般资料
本组患者主要以老年人为主，年龄范围约53～97岁，男34例，女18例，中位年龄为80岁，且33例（65.3％）合并基础疾病，其中肺部疾病2例（3.8％）、糖尿病6例（11.5％）、高血压18例（34.6％）、冠心病16例（30.8％）、脑血管疾病7例（13.5％）、恶性肿瘤4例（7.7％）、免疫疾病4例（7.7％）。
患者主要症状有发热44例（84.6％）、咳嗽43例（82.7％）、肌痛2例（3.8％）、咽痛19例（36.5％）、胸闷9例（17.3％）、腹泻2例（3.8％）、纳差3例（5.8％）。
2.2 CT影像学特征
发病与首次CT检查的时间间隔＜7 d者29例（55.8％）、≥7 d者23例（44.2％）。年龄、基础疾病在两组中分布差异无统计学意义，病变累及部位、病变大小等组间差异有统计学意义。
CT特征对照具体情况见表1。重型COVID-19病变的分布、形态、密度特征及伴随征象见图1和图2。
表 1 重型新型冠状病毒肺炎不同发病与CT检查时间间隔患者组的CT特征Table 1. CT characteristics of severe novel coronavirus pneumonia in different CT examination timesCT特征 组别 统计检验 组1
（＜7 d；n=29）组2
（≥7 d；n=23）$\chi^2$ P 病变数量 多发 23（79.3） 22（95.7） － 0.117 ≤5 5（17.2） 3（13.0） － 1.000 ≤10个 3（10.3） 3（13.0） － 1.000 >10个 18（62.1） 17（73.9） 0.818 0.366 累及部位 气道 14（48.2） 3（13.0） 7.236 0.007 小气道壁增厚 14（48.2） 3（13.0） 7.236 0.007 牵拉支扩 10（34.5） 3（13.0） 3.144 0.076 血管 12（41.4） 16（69.6） 4.100 0.043 血管增粗 12（41.4） 16（69.6） 4.100 0.043 血管壁增厚、模糊 9（31.0） 10（43.5） 0.857 0.355 胸膜 1（3.4） 4（17.4） 0.210 0.646 单肺 2（6.9） 1（4.3） － 1.000 双肺 24（82.8） 22（95.7） － 0.210 病变分布 胸膜下 22（75.9） 17（73.9） 0.026 0.872 胸膜内 8（27.6） 9（39.1） 0.777 0.378 血管束 16（55.2） 13（56.5） 0.009 0.922 血管外 3（10.3） 7（30.4） － 0.087 混合性 19（65.5） 16（69.6） 0.096 0.757 病变大小 ≤10 mm 4（13.8） 9（39.1） 4.392 0.036 10～30 mm 18（62.1） 17（73.9） 0.818 0.366 >30 mm 24（82.8） 19（82.6） － 1.000 混合 16（55.2） 16（69.6） 1.123 0.289 病变体积百分比 ≤10 6（20.7） 8（34.8） 1.295 0.255 ≤30 10（34.5） 6（26.1） 0.424 0.515 ≤50 6（20.7） 10（43.5） 3.127 0.077 >50 7（24.1） 3（13.0） － 0.483 病变形态 小结节 6（20.7） 6（26.1） 0.210 0.646 斑片状 18（62.1） 19（82.6） 2.636 0.104 大片状 23（79.3） 19（82.6） － 1.000 束带状 12（41.4） 7（30.4） 0.663 0.416 混合性 2（6.9） 2（8.7） － 1.000 病变密度 GGO 19（65.5） 17（73.9） 2.636 0.104 实变 6（20.7） 5（21.7） － 1.000 网格影 2（6.9） 2（8.7） － 1.000 蜂窝影 1（3.4） 1（3.4） － 1.000 条索影 23（79.3） 17（73.9） － 0.746 病变边缘 模糊 21（72.4） 18（78.2） 0.234 0.629 不规则 13（44.8） 10（43.5） － 1.000 毛刺 1（3.4） 2（8.7） － 0.577 伴随病变 胸膜下线 10（10.3） 6（10.3） 0.424 0.515 胸膜增厚 16（55.2） 11（47.8） 0.277 0.598 胸水 4（13.8） 7（30.4） － 0.182 纤维化 23（79.3） 17（73.9） － 0.746 特殊征象 支气管充气征 10（10.3） 11（47.8） 0.949 0.330 晕征 7（24.1） 7（30.4） 0.259 0.611 反晕征 4（13.8） 6（10.3） － 0.307 拱廊症 8（27.6） 6（10.3） 0.015 0.904 ![]()
图 1 COVID-19的分布、形态及密度特征Figure 1. CT morphological and density phenotype of COVID-19 pulmonary lesions3. 讨论
新型冠状病毒属于β属冠状病毒，有包膜，颗粒为圆形或椭圆形，常为直径60～140 nm的多形性病毒[5]。新型冠状病毒感染人体后可导致新型冠状病毒肺炎，COVID-19的主要传染源为新型冠状病毒感染的患者及无症状感染者，该疾病传染性强，传播途径主要通过呼吸道飞沫和接触，存在人传人的方式，具有聚集性、爆发性发病的特点[6]。其临床表现以发热、咳嗽为主，其他症状包括肌痛、咽痛、胸闷、腹泻及纳差等。
根据我国《新型冠状病毒感染诊疗方案（试行第十版）》指南中新冠肺炎临床严重程度分型，可分为轻型、普通型、重型及危重型，其中重型COVID-19患者在总体COVID-19患者病例中占比约25.5％[7]。轻型、普通型患者多预后良好，死亡病例多见于重型/危重型COVID-19患者，预后较差[8]，且病程进展过程中容易合并急性呼吸窘迫综合征、心功能不全、肝肾功能损伤、凝血功能障碍等并发症，甚至危及生命[9-10]。因此，重型新型冠状病毒感染的临床及CT特征相关研究有助于该疾病诊断，并及时采取相应治疗措施，积极预防重型病例进展为危重型。
新型冠状病毒的诊断参考标准是核酸或抗原监测阳性，胸部CT平扫具有高敏感性及特异性，高分辨率CT可明确双肺病变部位及范围，成为新型冠状病毒肺炎严重程度评估及疗效监测的常规首选影像学方法。
本研究表明，重型COVID-19在老年男性中多见，中位年龄为80岁，且63.5％ 的病例合并基础疾病，可合并高血压、冠心病、肺气肿、糖尿病、脑血管疾病、恶性肿瘤及免疫疾病等。伴有基础疾病或年龄较大者免疫力低下，合并其他系统疾病时，容易发展为重型/危重型新型冠状病毒肺炎。主要临床症状为发热、咳嗽，其次为咽痛、胸闷、肌痛、纳差、腹泻等。
戴新贵等[11]对49例重型和危重型新冠肺炎的研究发现，从出现症状到入院时间，＞7 d者的病死率明显高于＜7 d者。重型新型冠状病毒肺炎在不同阶段影像学表现及预后可能存在差异。本研究按发病与CT检查时间间隔分为两组，探讨两组间的CT特征及临床表现的差异。研究结果显示不同分组患者之间，病变累及部位、病变大小及血管增粗等差异有统计学意义。本研究结果32.7％ 的患者合并气管的异常，发病与CT检查时间间隔较短者（＜7 d）多伴有气道异常，发病与CT检查时间间隔较长者（≥7 d）多伴随血管增粗、模糊，两组间胸膜受累差异无统计学意义。
孙莹等[12]推测，气管异常为病毒性支气管细支气管炎引起的小气道壁增厚、小气道内黏液栓形成及牵拉支扩等，是导致患者反复咳嗽、少痰、气憋和胸痛的主要原因。血管受累表现为血管增粗及血管壁增厚、模糊，血管/气管外径比大于1.5，可能是病变直接浸润、小血管炎或血管周炎。此外，重型新型冠状病毒感染合并了较高的静脉血栓栓塞症（VTE）发生风险，与炎症介质的大量释放、免疫球蛋白和糖皮质激素的使用会进一步增加血液高凝状态以及血栓栓塞性疾病的发病率有关[13]。本研究证实，重型新型冠状病毒感染短期内多累及气管，发病时间较长者血管受累多见，发病时间较长者病死率高是否与血管受累有关有待进一步研究。
丁岩等[14]报道，重型 COVID-19患者高分辨CT病变密度、分布方式混杂，呈磨玻璃、实变、条索等不同形态混杂，重型病例病变呈沿着支气管血管束向肺门分布及沿着胸膜下长轴，两种分布方式常合并混杂存在。本研究结果也显示，重型COVID-19患者CT表现为磨玻璃、实变、网格影、蜂窝影及条索影等混杂密度灶，且表现为胸膜下或胸膜内长轴分布、沿着支气管血管束分布或两种分布混合存在，病变累及肺门。纯磨玻璃样阴影表明肺泡不完全性充填，通常出现在疾病的较轻和早期阶段，而实变影则通常表示更严重的弥漫性肺泡损伤，导致肺泡腔被炎性渗出物完全充填。实变和磨玻璃样阴影混合存在是不同阶段肺泡损伤的标志[15]。重型新型冠状病毒感染通常肺泡损伤更严重，病变密度不局限于磨玻璃影，而是磨玻璃密度影、实变影及纤维索条混合存在。病变大小为结节、斑片状及大片状分布或混合存在，可伴随小气管壁增厚、血管增粗模糊、胸膜下线、胸膜增厚，而胸水较少见。此外，研究结果显示发病与CT检查时间间隔较长者（≥7 d）10 mm的病变较多见，可能与样本量较少有关。
综上所述，重型COVID-19常见于老年男性，多合并基础疾病，高血压、冠心病多见；CT表现以双肺多发、病灶形态、分布及密度多样、以肺泡为单元的弥漫性病变，常伴有实变、机化或纤维化，短期内多累及气管，发病时间较长者血管受累多见。
本研究局限性：①未纳入临床相关的血常规、生化指标、血氧饱和度、治疗方法和患者预后等进行综合或对比研究；②本研究未将发病 14 d后的CT检查的影像表型动态变化规律进行对照研究。③未进行重型新型冠状病毒肺炎与非重型新型冠状病毒肺炎组间的对照。
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图 2 成人的模式下分析正位和正位+双侧位性腺的曝光剂量
Figure 2. Analysis of exposure dose in antero-posditerior (AP) and AP + bilateral oblique positions in adults
表 1 不同的扫描模式分析不同的身高对性腺辐射剂量的影响
Table 1 Analysis of the impact of height on gonadal radiation dose in various scanning modes
扫描模式 项目 身高/cm P ＜160（n=127） ≥160（n=173） 儿童扫描模式 左性腺/μGy 358.83±27.04 627.33±155.39 ＜0.05 右性腺/μGy 382.00±27.74 672.23±162.83 ＜0.05 成人扫描模式 左性腺/μGy 653.64±41.61 759.51±32.86 ＞0.05 右性腺/μGy 725.58±43.78 840.21±36.02 ＞0.05 
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表 2 不同的扫描模式不同体重对性腺辐射剂量的影响
Table 2 Analysis of the impact of weight on gonadal radiation dose in various scanning modes
扫描模式 项目 体重/kg 统计检验 LSD 1：＜50（n=65） 2：0～70（n=149） 3：＞70（n=86） F P 儿童扫描模式 左性腺/μGy 362.79±27.10 507.48±159.66 959.61±470.38 00.71 ＜0.001 1，2＜3 右性腺/μGy 382.94±27.66 548.68±156.86 1084.10±480.52 00.88 ＜0.001 成人扫描模式 左性腺/μGy 855.88±99.94 709.36±33.66 715.60±44.80 30.08 ＞0.05 右性腺/μGy 927.66±111.23 783.31±35.82 801.28±49.64 20.83 ＞0.05
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表 3 不同性别和不同扫描模式左右性腺的差异以及同一性腺不同性别和不同扫描模式之间的差异
Table 3 Analysis of differences in left and right gonads by sex and scanning modes; differences between sexes and scanning modes within the same gonad
项目 性别 P* 模式 P* 男（n=129） 女（n=171） 儿童模式（n=53） 成人模式（n=247） 左性腺/μGy 714.55±38.77 631.99±28.78 ＞0.05 404.43±36.44 723.94±26.06 ＜0.05 右性腺/μGy 794.13±42.73 692.59±30.76 ＞0.05 431.29±38.07 801.69±28.24 ＜0.05 P# ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 注：*-同一性腺下，不同性别和扫描模式之间的差异比较；#-同一性别和扫描模式下，不同性腺之间的差异比较。
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