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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对于股骨头坏死、膝关节内外翻、外伤骨折、骨性关节炎、骨肿瘤等无法继续保守治疗的患者，选择关节置换减轻痛苦、改善生活质量的越来越多。双下肢摄影是辅助临床诊断病情的一种必不可少的成像方式[1]。临床上常用EOS成像系统进行双下肢全长和脊柱全长成像，该技术采用多次曝光窄缝拼接式成像，辐射剂量低，但是其缺点是设备成本高，操作技术复杂。
当前，国内首次推出使用一次性曝光双下肢成像X射线摄影系统（全幅长板DR成像系统），该技术曝光一次可得到整个双下肢或脊柱成像，与常规3次曝光拼接成像技术相比，它的优点是避免了患者移动带来的拼接伪影，另外，其操作简便、速度快，具有临床适用性，但是它主要利用射线电离作用，这种电离辐射容易引起多种放射疾病[2-4]。虽然诊断性X射线检查中获得的剂量发生确定性效应的可能性小，但仍存在随机性效应的风险，尤其是对于性腺等辐射敏感器官，电离辐射对生殖系统的影响表现为性腺的损伤[5-9]。
随着医学影像技术的不断发展使得X射线检查能够使用更低的辐射剂量进行成像，例如数字化X射线系统可以提供更高的图像质量并减少辐射剂量，另外，也可以通过优化成像参数来降低辐射剂量。在临床实践中，操作医生会对受检者采取防护措施来降低对辐射敏感的区域的辐射剂量，但是站立位双下肢成像无法使用遮蔽物去保护性腺器官。因此，进行双下肢成像中产生的辐射水平应给予高度重视，尤其应有效掌握敏感器官可能受照的剂量，这对于临床实践中摄影参数的优化仍然具有重大意义。
本文使用热释光剂量计（thermoluminescent dosimeter，TLD）测量双下肢摄影中性腺体表摄入剂量（entrance surface dose，ESD），探讨性腺ESD辐射剂量和人体生理参数之间的联系，并对全幅长板辐射剂量进行评价与分析。
1. 资料与方法
1.1 一般性资料
选取2023年2月1日至2月20日到本院进行双下肢摄影的患者300例，其中：男性129例，年龄（30.53±20.77）岁；女性171例，年龄（45.71±23.58）岁。所有参加的患者或其监护人都知情同意。
正位（1次曝光）摄影患者216名，正位+双侧位（3次曝光）摄影患者84名。<14岁的患者使用儿童模式扫描，>14岁的患者使用成人模式扫描。
1.2 检查方法
（1）仪器设备。用于X射线摄影的设备为新东方1000 LB医用数字化X射线摄影系统（万东医疗），管电压72～90 kV、管电流160～250 mA。剂量探测元件为GR200型LiF（Mg，Cu，P）热释光探测器（TLD），使用RGD-3 B型热释光剂量仪对探测元件进行测读，测量仪器均为北京防化研究院生产，经计量检定部门检定合格且在检定有效周期内使用，探测元件的分散性小于3％。
（2）测试方法和步骤。①TLD准备：TLD元件在专用退火炉中240℃时退火10 min，在冷却炉快速冷却后放置于特制TLD盒中编号，并在每个TLD盒中设置2个平行元件；②患者信息采集：照射前记录患者身高、年龄、体重等参数；③TLD布放：患者脱去鞋站立于一个20 cm的台面上，背紧贴探测器，保持直立，面向前方，两腿并拢，足尖朝前，双手置于身体两侧。在每个患者性腺两侧对应体表部位平行约3 cm贴上TLD盒（图1）；④数据记录：照射时记录照射条件（kV、mA），照射完成后取下TLD盒并放回铅盒；⑤读数和剂量计算：在实验室对TLD进行读数，通过该测量系统的检定因子和修正系数计算出每个点的真实剂量。
（3）摄片参数。曝光条件成人为管电压90 kV，管电流250 mA，曝光时间80 ms，大焦点摄影，摄影距离为200 cm；儿童摄影参数为管电压80 kV，管电流200 mA，曝光时间100 ms，大焦点摄影，摄影距离为200 cm。摄影范围起自髂骨上缘，终点定于踝关节。拍摄后图像由影像归档和通信系统（picture archiving and communication systems，PACS）储存，并将图像发送至激光相机打印胶片。
1.3 统计学分析
使用SPSS 26.0统计学软件对数据进行分析。使用单样本t检验，比较单次和多次曝光辐射剂量与国际剂量之间的差异；使用两样本t检验，比较两侧性腺和两种扫描模式之间的差异；使用单因素方差分析不同身高、体重之间性腺辐射剂量的差异，组间数据的多重比较行LSD-t检验。P＜0.05表示差异有显著统计学意义。
2. 结果
全幅长板成人模式的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（图2），全幅长板成人模式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。
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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使用多元线性回归分析结果表明只有身高和体重是性腺ESD辐射剂量的影响因素。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。但是使用成人扫描模式，身高并不影响ESD剂量（表1）。
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 随着体重的增加，性腺ESD辐射剂量也随之增加。在儿童扫描模式下，不同体重之间存在统计学差异，其中体重大于70 kg的人群性腺ESD高于体重低于70 kg的人群，而低于50 kg和50～70 kg之间并没有统计学差异。在成人扫描模式下，体重之间并没有统计学差异（表2）。
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 校正身高和体重的影响后分析两侧性腺和两种扫描模式的差异。男性和女性的左侧性腺ESD剂量都显著低于右侧性腺。在左侧性腺中，儿童模式和成人模式的ESD剂量分别为（404±36）μGy和（723.94±26）μGy；同样在右侧性腺中，儿童模式和成人模式的ESD剂量分别为（431±38）μGy和（802±28）μGy，都存在统计学差异（表3）。
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。 3. 讨论
本研究使用的全幅长板装置是一种使用电离室探测器的X射线系统，允许双下肢单次曝光成像，优势是短时快速。本研究结果表明：双下肢单次曝光剂量约500 μGy，3次曝光剂量约1 300 μGy，单次曝光剂量约为3次曝光剂量的3倍（图1），相比国际规定的辐射剂量较低[10]。该结果表明全幅长板每次曝光剂量相对稳定，并且该技术可以相对减少患者受照剂量。
本研究结果表明，相同扫描模式下两侧性腺受照剂量存在统计学差异，与相关文献报道的研究结果相似，例如Delin等[11]测量双下肢的研究结果表明右侧卵巢和左侧卵巢的辐射剂量分别为0.1 mGy和0.5 mGy，右侧睾丸和左侧睾丸的辐射剂量为0.3 mGy和0.4 mGy。表明不同位点之间辐射剂量存在差异。本研究发现睾丸接受的ESD剂量相比卵巢稍高，这可能是由于男性和女性性腺部位解剖结构的差异而造成不同的散射条件所致。
本研究使用全幅长板单次曝光技术测量的性腺ESD剂量（约500 μGy）并没有使用其他设备作为一个对比，但是根据以前的相关研究，发现狭缝拼接技术对性腺产生的剂量约1000～3 000 μGy[12-13]，而EOS技术对性腺产生的剂量约为500～1 000 μGy[14-15]。与本研究结果出现这种差异的原因可能是EOS和狭缝拼接技术是使用下肢连续分段扫描进行图像采集，因此性腺处于照射野中并且与探头处于平行，而全幅单次曝光技术扫描的性腺部位受到有用束照射的份额相对较低。
有研究表明生物不同组织、器官、细胞及不同阶段和生理状态下的辐射敏感性均有明显差异，对辐射敏感器官受照剂量的监测尤为重要。儿童尤其是婴幼儿正处于生长发育的时期，对电离辐射危害的敏感性高于成人3倍以上，因此在放射检查时应用于儿童的摄影参数应特别慎重[16-17]。
在本研究中发现使用儿童模式扫描下，身高和体重对性腺受照剂量存在明显的影响，但是在成人模式下身高和体重对性腺ESD剂量并没有影响，这同时也证实儿童相比成人对电离辐射更加敏感。因此儿童进行X射线检查时应引起高度重视，更应采取一定的防护措施。在全幅长板X射线摄影检查中，无论是成人模式还是儿童模式，均不能忽视电离辐射对生物体的影响[18]，并始终遵循指南要求确认每次医学成像检查的合理性、优化设备和限制剂量[19-23]。
综上所述，利用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因身高和体重的影响而有所不同，但性腺所受剂量均在在安全范围之内，当然对患者采取相应的防护措施也是非常必要的。
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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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1. 倪晓龙，周凤云，施政，马永忠，程晓光. 基于剂量模拟人的腹部CT扫描辐射剂量分布研究. CT理论与应用研究. 2024(06): 808-814 . 
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