背景:在结构性心脏病(SHD)手术中，介入心超医生的体表辐射暴露分布尚不清楚。目的本研究通过计算机模拟和实际测量SHD过程中的辐射暴露，估计和可视化介入心超医生经食道超声心动图的体表辐射暴露。

方法:采用蒙特卡罗方法模拟介入心超医生体表辐射吸收剂量分布。在79个连续的过程中测量了真实的辐射暴露(44个经导管二尖瓣瓣膜缘对缘修复术和35个经导管主动脉瓣膜置换[TAVRs])。结果模拟显示，从床底缘散射辐射所引起的高剂量暴露区域(> 20mgy /h)在人体右半部，尤其是腰部和下半身各荧光方向。当获得前后位和Cusp-overlap体位时发生高剂量照射。真实暴露测量值与模拟估计值一致:经导管缘对缘修复术术中介入心超医生腰部暴露于辐射的程度高于TAVR手术(中位数为0.334 mSv/mGy vs . 0.053 mSv/mGy;自膨瓣组和球扩瓣组的TAVR值分别为0.067 mSv/mGy和0.039 mSv/mGy;P < 0.01)采用前后位位或右前斜位透视时。

结论：SHD过程中，介入心超医生的右腰部和下半身暴露于高剂量辐射。不同c臂投影的照射剂量不同。介入超声心动图医师，特别是年轻妇女，应在手术期间期间接受有关辐射照射的教育。

结构性心脏病是心血管医学的一个新领域。心超医生在确保正确的患者选择和通过超声心动图监测和指导实现SHD手术的技术成功方面起着关键作用。尽管，在介入手术或杂交手术中进行经食道超声心动图(TEE)的心超医生的辐射暴露风险已经被注意到。诸如可移动的、含铅的、亚克力板和铅帘等防护设备通常只由介入医生在心导管检查室中使用。在SHD手术中，介入超声医生暴露比主要术者有更高的辐射剂量。

在美国和日本，从事超声心动图检查的女医生比从事其他专科的多。辐射照射:女性医疗工作者在5年以上的时间里，眼晶体的照射不应超过20 mSv/y，皮肤的照射不应超过500 mSv/y，孕期胚胎/胎儿的照射不应超过1 mSv。此外，参与经导管缘对缘修复术(TEERs)的超声心动图专家往往比其他医护人员更年轻。因此，SHD手术中的辐射暴露对女性超声心脏病学家来说是一个重大挑战，尤其是那些正在接受培训或刚刚开始职业生涯的女性，因为这些职业阶段往往与育龄期重合。

为了避免与辐射有关的伤害，尽可能准确地监测照射剂量是极其重要的各介入超声心动图仪体表辐射暴露分布情况尚不清楚。因此，本研究采用蒙特卡罗模拟和测量SHD手术中真实的辐射暴露量，评估了在混合心脏外科套件中执行TEE的介入心超医生体表的辐射暴露量。

方法

蒙特卡罗仿真系统。采用介入放射快速剂量估计系统(FDEIR)蒙特卡罗系统估计照射剂量FDEIR利用蒙特卡罗方法模拟诊断能量范围内的辐射暴露剂量。以前的研究已经使用剂量计和其他蒙特卡罗方法验证了其准确性。模拟是在东京大学信息技术中心的超级计算系统(SGI Rackable C2112-4GP3/C1102-GP8, Reedbush-L, Silicon Graphics International Corp)上使用单个特斯拉P100图形处理单元(NVIDIA Corp)进行的。这项研究模拟了以5kev截止能量入射的万亿光子。该模拟抑制了电子输运，从而加速了计算。

校准因子。FDEIR计算的是每一个入射光子的相对剂量，而不是绝对辐射剂量。因此，根据先前报道的方法，使用FDEIR和辐射光致发光剂量计(GD-352M，千代田技术公司)，使用一个标定因子来定义每mAs的光子数，将模拟的相对剂量转换为绝对剂量设置几何形状以获得校准因子(补充图1)。两个放射光致发光剂量计放置在视野中心的水当量幻影中。在12种条件下测量剂量，改变源到表面的距离(60-70厘米)和深度(0-15厘米)。其他情况见补充表1。构建一个类似于测量几何图形的体素化几何图形(补充图1)，以在与SHD手术中获得的测量数据相同的条件下模拟剂量。模拟剂量之间的关系是用一个零截距的线性函数逼近的直线的斜率表示校准因子。

介入性超声心动图仪辐射暴露的模拟。为了估算超声心动图医生进行连续TEE监测和指导的暴露剂量，我们构建了一个类似于我们机构混合心脏手术组的体素化几何模型，使用了一个地下x射线源、成像台、空气、混凝土地板、作为患者的全身男性模型，该模型分为网格体素(2mm 2mm 2mm)。(图1)介入超声心动图仪模型反映了介入超声医生的实际姿势。根据国际放射学保护委员会出版物110.16，对晶体、甲状腺、卵巢、骨骼和皮肤的质量密度和成分进行了分配。为简便起见，将其他组织作为水或空气处理。

在二尖瓣介入缘对缘修复术 期间的辐射皮炎风险——用于心脏透视的x射线束瞄准患者模型的心脏——是在模拟中确定的。这些情况是根据我们机构使用透视装置(Allura Xper FD20 x线系统)进行二尖瓣缘对缘修复术检查的程序确定的。透视条件见补充表1。

介入超声心动图仪辐射暴露测量的临床研究。回顾性，观察性，单中心研究，包括79个连续的SHD手术使用连续TEE进行。SHD手术包括在2021年4月1日至12月24日期间使用二尖瓣置换术(Abbott Vascular)的44例二尖瓣置换术(TAVRs)和35例经导管主动脉瓣膜置换术(TAVRs)(图2)。

此外，还有3名超声心动图研究员(k.k.， m.a.， R.I.)(均有4年以上的经验)，均在一名有19年临床实践经验的超声心动图主治医师的持续指导和监督下工作。研究方案是根据1975年的《赫尔辛基宣言》及其后来的修正案拟订的，经帝京大学机构审查委员会核可(核可号TEIRIN 20-178和21-100)。所有参与者均以书面形式提供知情同意。该试验已在大学医院医学信息网注册(UMIN000046478)。使用半导体个人辐射剂量计(日立有限公司)测量介入超声心动图仪的颈部(右侧)、胸部(辐射防护服左侧口袋位置)和腰部(右侧)的辐射暴露。剂量计安装在辐射防护服的外部，没有使用外部防护罩或吸收装置，如RADPAD (Worldwide Innovations and Technologies Inc)，这是我们机构混合心脏手术室的典型设置。

统计分析。连续变量表示为中位数(IQR)。采用Pearson相关系数评估蒙特卡罗模拟中各校正因子的一致性程度。使用Scheffé事后检验或Mann-Whitney检验的方差分析来检验组间的差异。所有的统计分析使用MedCalc 19.1.3版软件(MedCalc software)进行。P < 0.05，差异有统计学意义。

结果

校准因子。用最小二乘拟合直线计算校准因子的测量剂量和模拟剂量见补充图2。描述它们之间关系的线性回归方程为y¼1:10x。决定系数(Pearson相关系数[r¼0.995]的平方)为0.991，表明所测剂量与模拟剂量成正比，适宜作线性回归。

蒙特卡罗模拟。介入超声心动图仪体表剂量分布图如中央图a所示。在所有荧光透视视图中，观察到右半身体，特别是腰部和下半身出现高剂量照射(>20 mGy/h)。

然而，不同观点的高剂量区域的分布有所不同。高剂量区出现在前后侧(PA)和Cusp-overlap体位。在垂直视图中，高剂量区域明显狭窄。中央插图B显示皮肤和左右透镜的吸收剂量率，在中央插图a中介入性超声心动图仪的人体模型上的白色(右边)和黑色(左边)盒子(2.0 cm 1.0 cm)处计算。垂直视图各位置的吸收剂量率最低(均P < 0.05)。所有右侧测量位置的吸收剂量率均高于左侧测量位置。x射线光子的轨迹遵循一条合理的路径(图3)。

测量辐射暴露的临床研究。总体而言，腰部的辐射暴露大于胸部(中位数:11.5 mSv vs 2.0 mSv;(P < 0.05)(表1)。

整体组在腰部的照射量高于胸部(P < 0.05)。在整体组和介入缘对缘修复术 组之间观察到颈部、胸部和腰部的每累积空气kerma (CAK)的辐射暴露差异(P均< 0.001)。总体组和介入缘对缘修复术 组在颈部(P < 0.05)和腰部(P < 0.01)的每CAK辐射暴露均高于胸部。TAVR组CAK较高(253.0 mGy vs 26.2 mGy;P < 0.001)和胸部辐射暴露(2.0 mSv vs 1.0 mSv;与介入缘对缘修复术 组比较，差异有统计学意义(P < 0.05)。介入缘对缘修复术 组颈部每CAK的辐射暴露量更高(0.222 mSv/mGy vs 0.027 mSv/mGy;P < 0.001)和腰围(0.334 mSv/mGy vs 0.053 mSv/mGy;P < 0.001)高于TAVR组。

Tavr瓣膜亚组分析。在35例TAVR手术中，经股入路28例(14个自膨瓣[SEVs]Evolut家族，14个球扩瓣SAPIEN 3）;经锁骨下入路的7例(表2)。经股动脉入路时，SEV组照射时间更长(中位17.4分钟vs 13.1分钟;P < 0.05)和腰部每CAK较高的辐射暴露(中位数0.067 mSv/mGy vs 0.039 mSv/mGy;P < 0.01)，显著高于BEV组。

讨论

据我们所知，这是第一次利用模拟和实际测量在混合心脏外科手术中对介入心超医生的体表辐射暴露进行估计和可视化，这与SHD手术中的危险器官相对应。本研究的蒙特卡罗模拟计算结果与之前的研究结果一致此外，临床研究结果与蒙特卡罗模拟结果一致，高剂量暴露区域主要在介入超声心动图仪右侧，尤其是腰部和下半身。不同透视图(c臂方向)的高剂量照射面积分布不同，PA和Cusp-overlap体位整体剂量吸收较高。因此，介入心超医生的实际辐射暴露因手术不同而不同。

模拟显示腰部和下半身的高吸收剂量率，与导管组经皮冠状动脉手术期间导管操作员的盆腔辐射暴露相似;因此，卵巢处于辐射暴露的危险之中这种照射模式是由病人床底边缘的辐射散射引起的。在现实生活中，腰部和下肢的暴露量明显高于胸部，这表明介入心超医生，特别是育龄的年轻女医生，必须考虑高剂量暴露的风险。在本研究中，介入心超医生在手术过程中使用了一个回波屏幕，将其放置在相对于作为辐射源的c臂的偏斜的右前位。因此，人体右侧直接暴露于辐射，左侧被遮挡，导致右侧暴露剂量较高。在日常的介入手术过程中，辐射暴露通常是在辐射防护服的左乳房口袋中监测的，在本研究中，这是测量胸部暴露剂量的地方。然而，基于模拟结果，监测该位置的辐射可能低估了介入超声心动图仪右侧的暴露，这可能是临床研究中胸部测量的辐射剂量低于其他位置的原因之一。

辐射相关皮肤损伤是各种介入放射学和TAVR程序的危害之一。根据模拟结果，介入心超医生可能达不到皮肤的辐射剂量限制500 mSv/y，因此其患放射性皮炎和癌症的风险较低相比之下，眼睛晶状体，也是危险器官，仍然有患白内障的风险，尤其是右眼晶状体。根据国际放射防护委员会出版物118.3,11的建议，在日本，眼镜片的等效辐射剂量限值已从每5年150毫西弗特/年大幅减少到100毫西弗特/年和50毫西弗特/年。因此，建议使用保护性眼镜以减少镜片暴露。而TEE监测时，介入超声心动图仪处于右前斜位，辐射可通过眼镜间隙进入眼睛。因此，在这种情况下，为了减少镜头暴露，应该使用适当的保护眼镜，侧面保护，安全地适合面部。

模拟结果表明，PA和Cusp-overlap体位中的吸收剂量率更高，尤其是右侧。在介入缘对缘修复术 手术中，PA视图是基本的透视视图，导致比TAVR程序更多的辐射暴露。虽然二尖瓣缘对缘修复术多采用TEE而非透视引导，但介入心超医生在手术过程中应注意辐射暴露。与BEV组相比，SEV组腰部的辐射暴露更多。这可能是因为在TAVR过程中，目前推荐使用右前斜角度的Cusp-overlap角度来植入SEV。有研究报道，右前斜角c臂投射主要增加介入超声心动图的照射剂量此外，由于SEV部署时需要比BEV更长时间才能达到完全扩张，因此照射时间明显长于BEV组。因此，介入心超医生在使用SEV进行经股TAVR时，其右腰部和下肢的暴露时间更长，暴露率更高。

职业放射防护的基本工具是时间、距离和防护然而，由于介入超声心动图在SHD手术中需要持续的TEE监测和指导，减少暴露时间和维持距离存在困难。因此，在SHD手术中应增加一个天花板悬挂的铅屏蔽，以显著减少介入超声心动图的暴露，特别是对年轻的女性介入心超医生。通过适当使用天花板上悬挂的铅屏和从手术台两侧悬挂的保护性铅帘，可以减少职业性剂量。然而，这种设置在杂交心脏外科手术中并不容易实现。一些机构在混合心脏手术室内进行SHD手术时使用天花移动c臂。然而，允许c臂移动的轨道必须安装在天花板上，从而限制了c臂的位置。此外，天花板上必须安装高效微粒空气过滤器，不能干扰c臂的导轨。杂交心脏手术室也需要无影灯。因此，由于所有的设备都需要在天花板上，许多机构不能安装天花板悬挂的防护板此外，根据产品规格，通常不能在手术床上悬挂铅帘橡胶防护罩，以防止散射辐射的暴露因此，应采用独立式落地防护板。虽然在SHD手术中使用的原型已经被报道，没有可用的产品不干扰TEE监视和引导设备。这类产品应尽快开发出来。

SHD手术中的辐射暴露并不局限于介入心超医生和介入医生。SHD手术是在全身或局部麻醉下进行的因此，在超声心动图医生附近工作的麻醉师也可能会暴露，正如之前的一项研究指出的那样随着近年来越来越多的年轻女性成为麻醉师，也应该调查她们在SHD手术过程中的辐射暴露情况。

研究局限性。

首先，利用FDEIR模拟进行体表剂量估计。这种模拟并没有提供危险内脏器官的详细剂量分布。此外，介入心超医生穿着辐射防护服，这并不包括在模拟中。第二，据报道，患者高体重指数是进行心脏血管造影诊断的操作人员辐射暴露的最强预测因子然而，本临床研究并未考虑患者的惯习。第三，本研究是单中心观察和部分模拟研究，使用我们机构的心脏手术混合组设置。散射的影响可能会因设备的放置而不同，这在不同的机构之间是不同的。此外，在一些机构，二尖瓣瓣膜的介入缘对缘修复术 程序在血管造影室进行，这也可能影响辐射暴露。第四，虽然本研究采用全麻下TEE的持续监测和引导，但TAVR手术常采用局麻下间歇经胸超声心动图监测。在本研究中，使用经胸超声心动图监测的TAVR程序与其他程序有不同的暴露条件。第五，所有的剂量计都贴在防护服的外面。因此，本研究显著地反映了对介入超声心动图仪体表辐射暴露的高估，如果专业人员没有穿任何覆盖这些区域的外部辐射防护服，情况就会如此。最后，在本研究中没有测量真实生活中左右眼晶状体的辐射剂量。为了弥补这些限制，需要对手术期间进行更大规模的研究和基于各种条件的模拟。

结论

在SHD过程中，介入心超医生进行TEE时，患者右半身，特别是腰部和下半身暴露于高剂量辐射下，这是由患者床底缘散射辐射引起的。在不同的c臂预测中，区域剂量有所不同。这些结果表明，在SHD手术中对辐射防护进行教育和适当的防护是必要的，特别是对年轻的女医生。在未来，重点应该是开发在SHD手术中不干扰TEE设备的屏蔽。考虑到我们研究的局限性，还需要进行更大规模的研究，以及各种条件的额外模拟。

参考文献：Kataoka A, Takata T, Yanagawa A, Kito K, Arakawa M, Ishibashi R, Katayama T, Mitsui M, Nagura F, Kawashima H, Hioki H, Watanabe Y, Kozuma K, Kotoku J. Body Surface Radiation Exposure in Interventional Echocardiographers During Structural Heart Disease Procedures. JACC Asia. 2023 Mar 28;3(2):301-309. doi: 10.1016/j.jacasi.2022.12.008. PMID: 37181397; PMCID: PMC10167512.

来源 | 健康界

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