陈庆 魏雅丽 梁宗辉 孙育民

电离辐射可对人体产生生物学效应,可分为随机效应和固定效应,前者对细胞的损伤随剂量累积不断增加,与辐射剂量呈线性相关,但疾病发生的严重程度与剂量并无相关性,后者则是辐射剂量达到一定阈值之后方可造成组织损伤,组织损伤程度同辐射剂量线性相关。笔者综述近年来心导管介入术中各种辐射防护措施的进展,旨在更好地指导术者采取合适的防护措施。

1 辐射暴露对心导管介入术者和患者的危害

电离辐射对细胞DNA 的损伤被认为是导致癌症的主要起因之一。Roguin等[1]随访发现,介入心脏病术者易发生脑肿瘤。Abalo等[2]回顾性队列研究显示,接受心导管介入的17 104名儿童,跟踪随访了110 335人·年,59例发生癌症。与常规人群比较,全部癌症的标准化发病率(SIR)均有所增加,SIR 为3.8;其中,白血病SIR 为3.3,淋巴 瘤SIR为14.9,实体癌(除外中枢神经系统肿瘤)SIR 为3.3。Andreassi等[3]研究62位心脏科医生的外周血[年龄(40.6±1.5)岁],包括31名介入心脏病专家(Ⅰ组,暴露组)和31名年龄和性别匹配的临床心脏病专家(Ⅱ组,非暴露组),结果显示,Ⅰ组有较高的微核分析测值(20.5±1.6 vs 12.8±1.3,P＝0.001),表明介入心脏病专家较不从事介入心脏病工作的临床心脏病专家更容易发生DNA 损伤。有研究表明,冠状动脉(简称冠脉)介入中,术者的左前上臂及患者的左腋下及后背部所受辐射量最大[4],术者在介入术中更容易受到高剂量辐射的因素有:第一术者、桡动脉入路介入、慢性闭塞性病变介入。心导管介入术中,患者体重与医生辐射剂量之间存在关联,Madder等[5]根据患者体重指数(BMI)分为＜25.0、25.0～29.9、30.0～34.9、35.0～39.9和≥40四组,结果显示,与BMI＜25相比,BMI≥40患者辐射剂量增加2.1倍,医生辐射剂量增加7.0倍。多因素回归分析显示患者BMI与医生辐射剂量独立相关。另有研究发现[6],同等条件下,身高高的术者较矮的术者更易受到辐射暴露。

2 心导管介入术者辐射暴露防护现状

国内杨玉娟等[7]对四川省开展的心血管介入放射学情况调查发现,心血管介入工作人员放射防护知识知晓率仅为43.8%,自述未配备铅橡胶围裙、铅橡胶帽子、铅橡胶眼镜的心血管介入工作人员分别达3.3%、20.5%和18.8%,铅橡胶帽子、铅橡胶眼镜和辅助防护设施的使用率分别为71.9%、63.2%和72.9%。Menon等[8]进行了一项关于辐射安全的国际在线调查,包括介入心脏病学家、电生理学家、介入放射科医师和血管外科医生,共收到来自570条回复,包括美国(77.9%)、亚洲(7.9%)、欧洲(6.8%)、加拿大(2.8%)以及墨西哥和中美洲(2.1%)。大多数受访者(73%)是介入心脏病学家,23%是电生理学家,平均有(14.4±10.2)年的从业经验。然而,调查结果显示,75%的受访者不知道他们过去一年的辐射剂量,21.2%的受访者从未参加过辐射安全课程;58.9%的人“有点担心”,31.5% 的人“非常担心”慢性辐射暴露。43.0%的受访者出现了由于使用铅衣而导致的背痛,辐射相关健康并发症,包括白内障和恶性肿瘤,报告率为6.3%。Casella等[9]回顾分析心脏起搏电生理介入中的X 射线暴露问题,6 095例次电生理介入,2 055例次装置植入,7年间观察到进行电生理介入患者的透视时间、剂量面积乘积和有效剂量都有显著减少的趋势,而进行装置植入的患者则减少不明显。在心脏电生理介入中,心房颤动(简称房颤)导管消融,不同术者的辐射暴露参数变化较大,可能与房颤导管消融术式、消融能源选择不同有关。

3 心导管介入术中辐射暴露防护进展

放射线的辐射防护包括主动防护和被动防护。主动防护措施包括员工的教育和培训、常规辐射剂量监测、使用个人剂量计、实时剂量监测、减少辐射照射的程序技术、限制透视时间、尽量减少高对比度模式的使用、尽可能使用较低的帧速率、避免使用大角度、利用现有可获得的降低辐射技术、虚拟准直器、储存透视图像、低剂量/帧、低帧率、使用遮光器过滤光谱束、更高的X 射线束能量、使用图像降噪技术、调整距辐射源的距离、最佳工作台定位(如果可能,设置更高的工作台)、工作人员待在低散射辐射区、使非目标解剖结构远离X 射线束等。被动防护措施包括构建物理屏蔽(可移动式含铅透明屏蔽、固定式含铅透明屏蔽)、安装屏蔽设备(悬吊式防护屏蔽帘、屏蔽床帘、辐射吸收床单、桡动脉侧防护臂板)、佩戴个人防护装备(帽子、眼镜、甲状腺颈圈、围裙以及含铅亚克力面罩)等。

3.1 升级或优化数字减影血管造影(DSA)设备 Buytaert等[10]将122 例成年患者随机分为两组,一组使用Allura Xper FD10系统(飞利浦公司),另一组使用AlluraClarity FD20/10新系统(飞利浦公司),结果显示,使用新系统组患者辐射剂量(作为总剂量面积乘积)减少了67%,术者腿部剂量计读数减少了65%(P＜0.001),而衣领和胸部剂量计读数没有发现明显减少。有研究认为双轴旋转冠脉血管造影(DARCA)可减少冠脉造影时的辐射暴露,研究者对20例患者使用DARCA 进行检查,并与20例年龄、性别和体重指数匹配的、应用旧检查系统的患者资料相比较,结果显示,使用DARCA 可使术者中位累积剂量面积乘积减少了57%(7.41 Gy.cm2vs 17.19 Gy.cm2),其中胸部、腿部和衣领水平的辐射暴露剂量分别降低60%、56%和16%。中位有效剂量从之前的4.75 mSv降低到2.22 mSv,在排除心室造影后,后者进一步降低至1.79 mSv[11]。另有研究显示,优化DSA 设备虽然可减少造影相关射线辐射剂量,但不明显降低透视相关辐射剂量[12]。

3.2 改进DSA 设备的设置 Amdani等[13]回顾分析三个阶段的血管造影数据:第一阶段(n＝234)设置:血管造影30帧/秒(f/s),透视15脉冲/秒(p/s);第二阶段(n＝381):血管造影30 f/s,透视6p/s;第三阶段(n＝328):血管造影15 f/s,透视6p/s。结果显示,总体辐射剂量逐渐下降(70.0μGym2/kg vs 64.1μGym2/kg vs 36.6μGym2/kg,P＜0.001),而主要不良事件发生率没有差异,透视时间、造影剂体积亦没有显著增加,血管造影时,30 f/s和15 f/s设置之间的诊断图像质量相同。Ge等[14]评估慢性完全闭塞(CTO)经皮冠脉介入治疗应用低帧率技术的安全性和可行性,低帧率技术包括:透视模式额外应用0.9mm 铜滤光片,电影模式降低帧速15 f/s至7.5 f/s,应用一个额外的0.1 mm/1.0 mm 的铜/铝过滤器。连续192例患者,总体操作和临床成功率分别为91.1%、90.6%,有56个(29.2%)病灶尝试了逆行入路,平均空气比释动能(AK)、辐射暴露、透视时间和造影剂体积分别为(2.6±2.0)Gy、(50.3±34.3)min以及(294.1±131.8)ml。在体模研究实验,电影造影过程中,AK、剂量面积乘(DAP)、模拟第一和第二操作者辐射暴露均显著降低(分别减少72.5%、69.8%、60.9%和59.6%)。Park 等[15]、Gutiérrez-Barrios等[16]的研究结果亦与上述研究相似,均支持在冠脉介入中适应低辐射方案机器设置方案,比如将帧速率从15 f/s降低到7.5 f/s,将默认透视剂量设置从正常切换为“低”。

Pancholy等[6]采用标准化体模研究了辐射源的距离与辐射暴露之间的关系,分别在后前、左前斜和右前斜位,测量入射面曝光(MESE)与X 射线源的距离之间的关系,台面高度的三个距离设置定义为:“低”为距X 射线源焦点52 cm、“中”为66 cm、“高”为80 cm,记录AK 和DAP,结果显示,MESE(μGy/f)随着工作台高度的增加而显著降低(P＜0.0005),操作员暴露剂量(μGy/f)随着工作台高度的增加而显著增加(P＜0.0005)。与较高的操作员(190 cm)相比,较矮的操作员(150 cm)辐射暴露剂量更高。因此,心导管介入术中需要根据自己身高,将操作台面调整至一个合适的高度,以达到辐射暴露剂量的最小化。此外,亦有研究认为,心导管介入术中实时进行辐射剂量测定和辐射剂量实时数字化显示,有助于驱动工作人员关注辐射暴露问题,从而达到减少辐射暴露剂量的目的[17]。

3.3 外置屏蔽防护 随着个人辐射防护意识的增强,不少厂商适时推出了可以减少介入操作者的外置防护屏蔽装置。比如,德国百多力公司的零重力悬挂式辐射防护系统(图1 A),左眼/上臂的剂量在冠脉造影时减少78.9%和95.6%,冠脉介入治疗时减少83.0%和93.0%[18];台下扩展屏蔽装置(无论是小帘屏蔽还是垂帘屏蔽,图1 B))可明显减少操作者的辐射剂量(骨盆区域:42μSv vs 13μSv;胸部水平:4μSv vs 2μSv)[19];SEPARPROCATH 屏蔽保护装置(一种覆盖患者下腹部、骨盆和大腿的区域无菌一次性的无铅屏蔽)可明显降低操作者的辐射暴露剂量(0.07μSv/Gy.cm2vs 0.37μSv/Gy.cm2)[20];RADPAD 屏蔽装置(一种放置在患者身上的无菌、一次性无铅屏蔽)可减少操作者的辐射暴露20%[21];RADPAD No Brainer颅脑辐射防护帽(图1 C)减少了头部前部皮肤暴露,但对大脑散射辐射剂量分布没有影响(推荐将该帽摊平佩戴在脖子上,可减少大脑辐射暴露[22]);新型垂直辐射屏蔽装置(图1D,VRS)也可减少心导管介入术者的辐射剂量[23]。

图1 不同外置屏蔽防护装置(箭头)

Madder等[24]使用移动辅助铅防护屏蔽装置可在心导管介入术中减少护士和技术人员(护士和技术人员在此防护装置后操作)的辐射暴露约三分之二。孙巍等[25]研究发现,应用组合辐射屏蔽装置(可移动悬挂式铅玻璃防护屏及滑轮可移动式铅防护屏)是非常实用的介入术者个人防护措施,明显降低电生理介入术者的辐射剂量。

3.4 应用设备图像融合技术和新辅助设备 随着新器械辅助手术的应用,可减少术者对X 线的视觉依赖,比如应用三维经食管超声心动图可减少右心导管检查和房间隔缺损封堵术中的辐射剂量[26],使用腔内超声心动图和三维电解剖标测系统可大幅度减少心脏电生理介入术中辐射剂量,甚至可以做到零射线完成手术[27－30]。此外,新近图像融合技术,比如左心耳封堵术中DSA 融合三维CT/超声心动图、房颤冷冻消融术中融合KODEX-EPD 成像、心律失常射频消融术中应用Carto Univu影像整合系统[31]、冠脉慢性闭塞性病变介入术中DSA 融合冠脉三维CT 图像等,在提高手术精度的基础上尚可减少心导管介入术中辐射剂量。一些小的操作改进也可减少操作医生的辐射暴露,比如心脏电生理介入术中,可经股静脉替代经颈静脉入路放置可调弯冠状静脉窦电极,从而减少医生接受的辐射剂量[32]。

诸如磁导航、机器人等大型介入辅助工具,也在心导管介入中有所应用,从而大幅度减少操作医生的辐射暴露。Mahmud等[33]评估与手动经皮冠脉介入治疗(M-PCI)比较,机器人辅助经皮冠脉介入治疗(R-PCI)在临床实践中治疗冠脉疾病,尤其是复杂病变的的安全性和技术成功率,共315例患者接受了334次介入治疗手术,R-PCI技术成功率为91.7%(手动辅助率为11.1%,手动转换率为7.4%,主要不良心血管事件发生率为0.93%),临床成功率、支架使用率和透视时间两组间相似。现阶段,磁导航、机器人技术尚未在心导管介入中广泛应用,尽管其降低操作医生的辐射暴露效果毋庸置疑,但其有效性和安全性仍需进一步评价。

4 结语

随着介入设备的更新、防护装置的完善、手术辅助器械的不断涌现以及术者防护意识的提升,心导管介入过程中患者和操作者受到的辐射剂量不断降低[34]。鉴于辐射暴露对患者和心导管介入操作者的危害性,心导管介入医生可以根据其心导管室软硬件条件、患者介入的复杂程度、自身的技术水平合理选择合适的辐射防护措施,在保障手术安全有效的前提下,更进一步减少辐射暴露剂量。