BYBRIANL.BADMAN,MD,LYNNRILL,PHD,BRADLEYBUTKOVICH,MD,MANUELARREOLA,PHD,DABR,ANDROBERTA.VANDERGRIEND,MD
InvestigationperformedattheDepartmentsofOrthopedicsandRadiology,Universityof
Florida—ShandsTeachingHospital,Gainesville,Florida
研究背景：
在骨科手术中使用移动透视设备关系到外科医生和工作人员的辐射曝光安全。研究显示，传统C臂设备会增加辐射曝光风险。但是没有研究表明使用迷你C臂设备与辐射曝光风险之间的关系。本文旨在确定在使用迷你C臂过程中外科医生接收的辐射剂量，并与使用传统C臂设备的辐射剂量测量结果进行对比。
方法：
使用辐射剂量仪，进行两次常见的上下肢手术并测量等效仿真体膜下不同位置和距离使用迷你C臂的曝光剂量。
结果：
考虑位置，距离或相对曝光时间，使用迷你C臂的曝光剂量率比文献中提到的传统C臂的曝光剂量率降低96%。
当采用迷你C臂时，与球管保持20cm，每次曝光时间在5分钟以内，每年可进行次不穿铅衣的手术。
结论：
迷你C臂比传统C臂更加安全，从各个角度和距离测量的辐射剂量都要更低。只要可行，就应该使用迷你C臂，以消除使用传统C臂设备所带来的对于X线辐射危害与手术站位，距离球管距离及需要屏蔽保护相关的考虑。
正文：
在过去的几十年里，移动透视技术为骨科手术作出了杰出贡献。虽然这项技术最初只被用于固定手术术式，例如股骨髓内钉固定术。现今，移动透视的用途已经扩大到任何需要透视的骨骼手术。之前的一些报告已经展示了使用传统C臂设备的辐射曝光与相关风险，并提出了外科医生及其工作人员需要采取的必要防护措施，以减少辐射带来的风险。手术人员接受的辐射剂量取决于X光束相对于病人的方向，累计曝光时间，外科医生在手术中所处于的位置，以及防护铅衣以及铅屏风的使用。
在透视过程中，与辐射源的距离（如果是散射辐射就是与病人的距离）决定了辐射曝光量，根据平方反比定律，曝光强度会按辐射源与对象之间距离的平方成反比而下降。Giachino和Cheng在一例髋关节骨针研究中首先评论了这一定律。在研究当中，当测量设备移动到距离辐射源18英寸（45.7厘米）时，辐射降低了倍。随后其他几位学者也得到了类似的结论。增加与辐射源的距离，以减少辐射曝光剂量对手术人员来说是有益的建议，然而外科医生面临的困境是，在诸如难以复位或徒手置入螺钉的手术中，通常都需要靠近辐射源。此外，其他基于几何理论的剂量防护措施，例如紧贴图像增强器定位患者，可能会被手术的实际条件所限制。
随着小型C臂的引进，因其便携性，便利性及操作方便，现在已被骨科门诊及急诊用于对骨折治疗的常规手术设备。基于生产厂家提供的相关描述中所述的辐射剂量的降低以及这些设备灵活摆位等特性，很多骨科医生已经放弃采用用于传统C臂设备的安全防护措施。尽管缺乏数据支持，我们机构的几位外科医生在使用小型C臂设备时，已经不再穿防护铅衣。究竟是否应该将使用传统C臂设备的防护措施应用于迷你C臂，关于这方面的争论很多。据我们所知，之前没有研究显示迷你C臂的辐射曝光水平。因此，本次研究的目的是确定使用典型迷你C臂检测时的散射辐射剂量，以此来确定（1）长期使用下，辐射曝光对医生的相关风险，（2）是否与医生在使用设备过程中所处位置有关，（3）是否应该采取保护措施。
材料与方法
使用OECMini数字移动C臂（OEC医疗系统，盐湖城，犹他），该设备结合了小型C臂与增强透视成像技术，被用来以低曝光剂量和散射辐射水平来透视四肢及手足部位。X射线发生器产生最大输出功率为7.5W，75KV，微安。实验装置设置假设病人被置于在C臂处，进行前臂或踝关节检查，用体模代替病人进行定位。进行前臂检测时，C臂水平放置，体模放置在X射线球管和探测器中间位置。进行踝关节检测时，C臂垂直放置，脚踝体模放置在探测器上。剂量测试仪放置在距离体膜不同的径向距离处，与地面平行的平面上进行检测。这些测量值代表了外科医生所暴露的散射线剂量。图1和2分别展示了用来进行前臂和踝关节检测的实验装置。
曝光方式均被设定为自动模式，在正常透视模式下，mA和KV自动调节。在踝关节检测中，参数显示为54kVp和32μA。前臂检测数值更高一些（58kVp和36μA）,这种差异是因为前臂体模位于X射线球管与探测器中间位置，由于距离X射线球管较近，前臂处的剂量率(2.53mGy/min)大大高于踝关节(0.77mGy/min)。
结果
踝关节检查：
表一对比同距离踝关节手术迷你C臂与传统C臂散射辐射水平
附录表一显示了从不同距离和角度，5分钟测试下的散射率在20cm(大约8in)时是2.4μGy。与预期相同且随着距离的增大散射率降低，经测验确认与距离为20cm时的数据对比，剂量率在40cm时降低77%，在60cm时降低90%。
这个实验装置测量的剂量率与OEC迷你C型臂公布的技术参考资料非常吻合。制造商设定的剂量检测方式与此次的检查装置非常相似，迷你C垂直放置在倒置位置，体模放置在探测器上。制造商使用并非拟人化体膜，而是美国国家标准学会下肢体模，包含一个2mm厚的铝合金板夹，位于两个2.54cm厚的亚克力板之间。制造商的测量透视技术因素是70kVp和96μA，均大于踝关节检查的数值。因此，辐射剂量率在制造商测量时比我们的踝关节检测时的数值高4.3。同样的在踝关节检测中，散射率在距离假体0到20cm范围内，比制造商的测量值高4.5倍（0.39mGy/hr与0.mGy/hr）。
5分钟踝关节检测的散射率随着测量角度的不同而有所变化。这些变化可能是由于踝关节体模的质地不均匀造成。与x射线管夹角90°时（垂直于脚的位置），测量值最高，因为当X射线从外侧踝分散的时候穿过的组织最少。夹角°,°,和0°时，测量值最小，因为散射辐射被脚部组织进一步减弱。
前臂检查：
根据早前一项研究的测试结果（具体内容可见备注），从不同距离和角度透视前臂体模5分钟所得到的剂量率可以看出。迷你C臂水平放置，前臂体模放置在X射线管和探测器之间。检测到的皮肤剂量为2.53mGy/min，比踝关节体模的皮肤剂量高出3.3mGy/min，与制造商使用美国国家标准学会肢体的测量结果相近。并且所有距离下测量的散射剂量率均在制造商测量值的20%之内。
20cm/5分钟前臂体模曝光的散射剂量平均值是31μGy。因为前臂体模密度相对对称，散射剂量在所有角度的数值比较均匀，标准差在4.76μGy或15%。后向散射角（相对X射线管）的散射剂量比前角高大约50%。与踝关节检测对比，在距离为40cm和60cm时，散射剂量分别降低83%和95%。
讨论
目前的研究结果表明，相比之前传统C臂报告中的数值，迷你C臂在距离相同的情况下，实测的辐射剂量更低。其中，前臂和脚踝体模的皮肤剂量分别为2.53mGy/min和0.77mGy/min。传统C臂报告的病人辐射剂量比迷你C臂高1到2个数量级。同样的，迷你C臂的散射剂量在同样距离内也比之前公布的传统C臂更低（表1）。
距离为20cm时，踝关节和前臂的平均散射辐射分别是2.4和6.2μGy/min,40cm时，分别降低77%和83%，60cm时超过90%。假设每5分钟过程的散射剂量为40μGy，未穿铅衣屏蔽的外科医生在距离C臂20cm处操作，在达到年度职业肢体辐射极限前，可以执行大约12,次手术，在达到年度职业眼部辐射极限前，可以执行大约3次手术，在达到年度职业全身深辐射极限前，可执行次手术（表二）。此外，在最高测量下(2.53mGy/min)手部直接曝光大约分钟后，会超过极限。
表二对比迷你C臂及传统C型臂在手术中辐射极限要求的水平
考虑到迷你C臂的结构构造，当设备倒置体模距离探测器较近时，辐射剂量普遍更低，因此踝关节测试比前臂测试的曝光率平均降低58%（图3）。尽管在每个方向测量的水平都比较均匀，但是对外科医生最高的曝光角度是最大散射角，距离脚踝90°，因为辐射从外侧踝关节散射。最低曝光角度在°和°之间，这一发现的原因是由于有较大的软组织覆盖在脚内侧，使得辐射能被更多的吸收。在前臂检查中，最大的曝光是在后向散射角45°和°，最低曝光是在X射线管和探测器的背后，没有检测到辐射剂量。
图三对比辐射剂量水平与迷你C臂位置之间的关系
在这些数据的基础上，我们可以很明显的看到，迷你C臂比传统C臂更加安全，从各个角度和距离测量的辐射剂量都要更低。我们认为一些对传统C臂来说不可缺少的措施并不适用于迷你C臂。更具体的说，我们认为一个外科医生使用迷你C臂，并且工作距离大于20cm，将不会曝光于较高的辐射水平之下。这一距离建议是通常使用机器的要求。根据目前的指南，一个外科医生在此距离或之外操作，能够每年进行最低次外科手术，即使是最繁忙的骨科医师也很难超过这个数字。虽然长期在低剂量辐射下影响是未知的，但是根据测算从宇宙射线、外部来源，和摄入的放射性物质中吸收的平均环境辐射剂量大约为每年3mSv。曝光于1μSV辐射下造成的死亡风险相当于八百万分之一的死于癌症的概率或者约损失72秒寿命的概率，与三次穿过街道的风险大致相同。因此可以看出使用迷你C臂积累的辐射剂量微乎其微的。由于迷你C臂相对安全而且使用方便，我们强烈建议在临床上可行的情况下使用迷你C臂。当然，尽管我们知道这些但在任何情况下，都不应该疏忽对待透视的危害，诸如实时成像和直接肢体接触等操作应当尽量避免。
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