降低心血管介入术中放射剂量——贯彻射线防护文化和理念

虽然与心血管介入手术相关的患者放射剂量低于增加癌症风险水平的剂量，但即便低剂量的射线也有相应的风险，因此应尽可能地减少[1,2]。暴露于散射射线中的导管室工作人员和患者面临同样的风险。过高的皮肤放射剂量可导致皮肤损伤。应通过减少放射剂量来降低心导管手术相关的确定性皮肤效应和可能的致癌风险[3,4]。

已有关于射频消融术[5,6]、冠状动脉介入治疗[7,8] 中降低患者放射剂量的报道。本文旨在探讨大范围、多种类心血管介入手术中持续贯彻降低患者辐射剂量的理念和措施所产生的效应。

方法

辐射安全 当代心血管成像的重要内容之一是教育和实施旨在降低放射剂量的措施和技术，包括术中适当地调整X 线系统和减少X 射线束激活的时间。调整射线系统可减少剂量，特别是辐射剂量率。毫无疑问，在合适的X线照射范围下，降低剂量就意味着降低图像质量，因为只能通过减少帧频或每帧射线量子通量来实现。为了降低患者辐射剂量，要求临床医生从期望获得高质量图像转换至能接受的最低辐射剂量所获得的图像[9]。技术改进要求对现代数字化成像系统有足够的了解，特别是脉冲频率可调范围、每次脉冲剂量及机器所提供的射线谱过滤。



2008 年，我们成立了心导管室放射安全委员会以监督患者和工作人员的放射安全。该委员会由来自医院放射安全委员会的医学物理学家和健康物理学家、导管室护士、X 射线技师、心血管介入医生、麻醉师和内科医生组成。

放射防护意识和教育 在每例操作之前，均告知工作人员如何控制射线剂量（表1）。X 线系统报告的参照位点空气比释动能（Ka,r）（mGy）表示患者所承受的射线负荷[10]。该位点相对于射线源来说，在射线场中的位置相当于患者体表皮肤处，Ka,r 在整个手术过程中不断累积。早在2008 年，每当术中空气比释动能增加3000 mGy 均予报警，以期每次报警能有进一步的射线控制措施。按明尼苏达州要求，当Ka,r 值达到或者超过6000 mGy 时，应报告所在医院的放射安全委员会。为保证技师、监督人员及术者之间迅速而准确的交流，我们制作了包含手术信息和放射暴露信息的表格。该表格同样包括了术后即刻和30天随访的要求。为进一步提高导管室工作人员和相关诊治临床医生的放射安全意识，自2009 年12 月起，每份手术最终报告均加入Ka,r 值。自2010 年7 月开始，我们在专科培训中强制加入了3 学时X 线成像和放射安全的教学和实践考核。在研究前和研究期间，诸多放射安全措施均得以实施。包括：仅在需要时激活X 线成像；保证射线源和患者处于最大距离；减少患者和X 线探测器的距离；存储透视图像；采用临床所需的X 线视野。二
级准直仅偶尔应用。

X 线系统技术改进
本研究期间所用的机器为4 台 Philips Integris（Philips Medical Systems，Best，the Netherlands） 和4 台Axiom Artis（Siemens Medical，Erlangen，Germany）。2008 年6 月研究开始之前，X 线系统已调整至可保证临床所需成像质量的最低放射剂量。例如，透视和成像剂量率已低于生产商提供的默认水平。在2008 年6 月至2011 年5 月整个研究期间实施了多种技术改进，进一步降低患者放射剂量（表1）。如果可行，均先通过体模测试每种改进对于放射剂量率和成像质量的影响，而不是直接用于患者；其次，仅在个别设备或小范围医师中进行应用评估；如果确实取得满意效果，则全面开展。这些改进包括：相似设备间成像程序标准化、将默认透视剂量率模式从正常调整至低、降低透视剂量率（探测器靶剂量）、降低成像探测器靶剂量、增加铜滤线器的使用率[11]、透视帧频由15 帧/ 秒降至7.5 帧/ 秒。如遇特殊情况，则临时增加帧频或将透视模式从低调至正常或高，以获得质量较好的透视图像。此外，我们制订了较大剂量率的可采集较佳质量图像的X 射线方案，可在术中任何时候实施。





数据分析

2008 年6 月起，在为期36 个月的研究期间将所有成人患者的手术纳入分析。排除未签署医疗记录研究同意书的患者。将X 射线系统报告的空气比释动能记录于病历中。虽然Ka,r 指空间中某点原始X 射线束的能量，放射剂量同样包括了从患者身上散射出来的射线。如前所述，空气比释动能乘以空气比释动能―皮肤剂量转换系数，计算得出皮肤累积剂量（cumulative skin dose，CSD）（mGy）[12]。从空气比释动能转换至皮肤累积剂量的意义在于消除系统报告的空气比释动能值与实际空气比释动能值的差异，同时标化不同机器在报告空气比释动能时所应用的单位方面的差异。初期研究表明射线剂量的改变可通过线性拟合至CSD 数据作为时间函数或通过直接对比前1/4 与后1/4 研究时段的数据来阐明。我们选择了后面这种方法，因为它较为简单。二分类资料用Pearson 卡方检验处理；连续性资料用秩和检验分析。Armitage 趋势检验用于检测第1、2、3 年中放射暴露超过6 Gy 的手术比例的趋势。累积剂量log 转换后行t 检验，然后将最后3 个月和最初3 个月的均数差异和95% 可信区间进行逆转换，以估计CSD 降低的百分比。数据分析纳入了所有的手术种类及4 类特殊手术：经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary intervention，PCI）、冠状动脉造影（coronary angiography，CA）、非心脏血管（vascular，Vas）造影和介入治疗及结构性心脏病（structural heart，SH）介入治疗。PCI 亚组排除Vas 和SH ；CA 亚组排除PCI、Vas 和SH ；Vas 亚组排除PCI 和SH ；SH 亚组排除PCI 和Vas。已知患者体型、体重指数（body mass index，BMI）和性别对放射剂量有影响[12,13]，因此对这些参数进行分析，以确保患者无选择性偏倚。

结果

患者人群 在3 年研究期间，共进行了18 675 台手术，其中18 115 台手术（97%）纳入分析。536 例（2.9%）因患者未签署研究同意书而被排除，24 例（0.1%）因数据不完整而被排除。在本患者人群中，男性为11 583 例（63.9%），女性为6532 例（36.1%）。中位年龄为66 岁，中位BMI 为29.0 kg/m2，中位体重为85 kg（表2）。女性与男性相比，年龄分布相似，但体重平均低16 kg，BMI平均低0.5 kg/m2。

造影和介入治疗均计算在内的血管手术（n = 459）为：肾动脉394 例、颈动脉84 例、下肢血管516 例。结构性心脏病手术（n = 1070）为：瓣膜成形222 例、房/ 室间隔缺损封堵78 例、卵圆孔未闭封堵224 例、经皮瓣膜植入42 例、左室辅助装置植入53 例、人工瓣周漏封堵105 例、主动脉球囊反搏330 例、分流栓塞术31例、间隔酒精消融43 例。

CSD 数据 3 年研究期间，27 名心脏病专科医生和65 名受训专科医生完成或辅助完成这些手术。各术者的手术量在100 例（0.6%）到1515 例（8.4%）之间。培训医生参与了86% 的手术，但具体参与程度未予统计。7176台手术（40%）在Phillips Integris X 射线机器上完成，10 939 台（60%）手术在Siemens Axiom Artis 机器上完成。图1 至图5 分别展示了所有手术（n = 18 115）、PCI（4062）、CA（9877）、SH（1070）和Vas（459）手术的
每月CSD 的中位数和四分位数间距。在这些纵向图中还标出了实施降低放射剂量方案的日期。在图1至图5中，相对较大的四分位数间距反映了患者和手术特异性CSD值的变异性。

表3为所有手术组和4个手术亚组前1/4研究时段与后1/4研究时段之间的患者资料（性别、BMI）和手术资料（对比剂使用量、透视时间、桡动脉入路手术比例）的对比。在所有5个手术组中，患者的性别比例和BMI在整个研究期间（前1/4研究时段与后1/4研究时段相比）均无变化。培训医师参与的手术病例比例由73%上升至83.5%。所有手术的透视时间均显著增加（中位数：+0.8分钟，11.4%）。冠状动脉造影的透视时间显著增加1.1分钟（9.6%）。经桡动脉途径进行的手术比例显著增加（所有手术组绝对增加22.2%，相对增加331%；PCI组绝对增加25.6%，相对增加323%；冠状动脉造影组绝对增加24.4%，相对增加348%）。

表4和图6分别列出了前1/4研究时段与后1/4研究时段的CSD值。就所有手术来说，平均CSD值降低了40%。其中，PCI的CSD降低41%，冠状动脉造影的CSD降低37%，结构性心脏病手术的CSD降低34%，外周血管手术的CSD降低53%。表4还提供了总CSD值中，成像和透视各自所占的比例。所有手术的平均成像所致皮肤剂量下降46%，透视所致皮肤剂量下降33%。在前1/4研究时段与后1/4研究时段至少都完成10台手术的21位医生中，19位医生的患者放射剂量下降了22% ~ 69%，2位医生的患者放射剂量增加了6%和33%。

表5列举了研究第1年和最后1年期间CSD值超过6000 mGy的手术数量。在所有手术中，CSD超过6000 mGy的手术比例由0.33%显著降至0.13%。

讨论

本研究表明得益于放射安全的文化和理念，经一系列临床实践和X线系统技术改进，患者的放射剂量在3年的时间内下降了40%。这来自于成像皮肤剂量（46%）和透视皮肤剂量的下降（33%）。这些成就实现于真实的临床实践中，涉及数种X线成像系统、27位介入医生、65位受训专科医生及多种心血管介入手术。因为介入工作人员所接受的职业辐射与患者的剂量是呈正比的，所以当患者的辐射剂量降低时，工作人员的辐射剂量也将减少。

这些举措和技术改进对于患者剂量的影响不是均一的。表4和图1至图5表明患者间和手术种类之间的CSD值存在一定的差异。就所有手术而言，第一（25%）四分位数和第三（75%）、第四分位数CSD分别为中位数的1/2和2倍。这些变异会掩盖CSD值的变化，因此需要长时间的观察以评估改变趋势。本研究的局限性在于未能确定临床实践的改进和X射线系统技术的改进各自的绝对益处。

自1997年我们开始记录每台手术的CSD值[14]。从1997年至2010年，PCI和冠状动脉造影的中位CSD值下降了70%。这些进步同样归功于临床实践和技术的改进。自1997年以来，介入成像系统的重大改进影响放射剂量：透视方式由连续性改进至脉冲式、透视帧频由30帧/秒降至7.5帧/秒、成像帧频由30帧/秒降至15帧/秒、X线图像检测和显示系统的改进、透视和成像中金属X射线谱过滤装置的广泛使用。此外，我们的X线系统有定制图像接收器靶剂量的功能，这为降低放射剂量提供了可能性。

本文提到降低射线剂量的方法，仅是临床实践中须常规应用的放射安全措施中的一部分。关于放射安全实践的一些基本原则已成共识，我们建议读者阅读相关文献[3,10,15]。一些较新的措施是术中报告放射剂量和术后报告放射剂量高的手术。美国国家放射防护和测量委员会（National Council on Radiation Protection and Measurements，NCRP）建议术中空气比释动能超过3000 mGy后，每增加1000 mGy时应予报告提醒，并建议术中放射剂量超过5000 mGy时术后应予特殊处理。NCRP基于皮肤剂量和空气比释动能面积乘积值也作出了相似建议。术中剂量提醒和术后处理有利于提高放射安全意识和减少高放射剂量的手术。

有些既往文献报道显示，与采用股动脉途径相比，采用桡动脉途径可增加患者放射剂量[13,17-19]，而也有报道显示桡动脉途径可减少放射剂量[16]。本研究显示随着桡动脉途径应用的增多，患者放射剂量逐渐下降。然而，本研究并非旨在探讨桡动脉途径（相比股动脉途径）对放射剂量的影响，故不能确定两者因果关系。这是一个值得进一步探讨的重要课题。

CSD用以测定患者所接受的放射剂量负荷，由X射线系统所报告的空气比释动能直接计算而来。严格意义上来说，空气比释动能只是代表了X射线场中某个特定位置的X线能量，未将照射在患者身上的X线束野面积还考虑在内。X 射线系统报告的另一个度量放射负荷的单位为空气比释动能（Gy）和X 射线照射面积（cm2）的乘积。之前已有研究者应用空气比释动能面积乘积（Gycm2）和相应的剂量面积乘积（Gycm2）描述心血管介入术中成人患者的放射负荷[7,9,20-26]。就本文所提供的数据而言，剂量面积乘积可直接计算为CSD 与介入参照位点的X 射线照射面积的乘积。假设典型的X 线照射面积为70 cm2，那么研究最后1/4 阶段PCI 和造影的估计平均剂量面积乘积分别为79 Gycm2 和32 Gycm2。

结论

在心导管室中大幅度降低放射剂量是可以实现的，而且应当加以实施以降低射线对患者和工作人员的不利影响。就所有成年患者心血管介入手术而言，3 年的时间内CSD 下降了40%。建立放射安全的理念，通过有计划且持续性地改进临床实践和技术可明显降低患者的放射剂量。