电离辐射医学运用状况分析范文

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医用辐射概述

X射线于1895年11月被发现后数月就首先在医学上开始应用[1],这开创了揭示人活体内部结构之先河。正如《简明不列颠百科全书》所记载:“这一发现宣布了现代物理学时代的到来,使医学发生了革命。”20世纪初产生了放射学这门新学科。随后放射学进一步发展形成X射线诊断学和放射治疗学。一个世纪多来,X射线诊断学广为普及,始终占医用辐射的最大份额,亦仍然称为放射学。随着良性疾病的放射治疗逐渐被淘汰,放射治疗主要用于恶性肿瘤治疗。这门致力于肿瘤放射治疗的分支学科现称为放射肿瘤学[2]。辐射源至患者皮肤间距离大于半米的各种体外辐射束放射治疗称远距离放疗;而用一个或多个密封放射源引入患者腔内、组织间隙或浅表部位的放射治疗称近距离治疗。

加速器的问世引发出制备人工放射性核素,同时放射性核素示踪技术用到了人体脏器显像及功能测定等方面[3],于是核技术与医学相结合产生了核医学。核医学包括基础(实验)核医学和临床核医学。临床核医学既有各种核素显像与功能测定的诊断检查,又有以不断发展的放射性药物治疗为主的核医学治疗(见图1)。20世纪70年代以来,计算机技术迅速发展并渗透到医学领域。X射线CT的成功发明推动放射学获得突破性进展,开辟了医学影像的数字化时代。

并且X-CT不断更新换代和迅速普及,其应用占医疗照射的比重持续上升,因而成为医疗照射防护中颇受关注的热点。此外,如图1所归纳,传统的与数字化的X射线透射型成像,加上临床核医学中发射型计算机断层扫描显像(SPECT和PET),以及非电离辐射的核磁共振成像(MRI)、超声成像(实时灰阶B超和彩色多普勒成像)等各种医学成像技术彼此互补,又相互交融形成可充分发挥综合诊断优势的大影像医学。当代医学影像已从形态学向组织学和细胞学水平发展。这不仅显著提高诊断质量,而且从根本上改变了医学图像的采集、显示、存储、传输与处理方法,并且可通过网络实现远程放射学和远程医学。

如今图像存储与传输系统(PACS,见图1)已投入使用并不断完善[4]。影像医学的发展改变了放射诊断医疗照射的结构。联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)在统计放射学数据时,也收列MRI设备数及其应用频率等[5]。近代放射学不仅在疾病诊断上显现出特有优势,而且随着生物医学和材料科学等相关科学技术的发展,已经跨越诊断范畴延伸为介入治疗。新兴的介入放射学以影像诊断为基础,主要利用经血管或非经血管穿刺及导管介入技术,在影像监视下对一些疾病施行治疗,或者采集活体标本明确诊断。鉴于其特殊性,介入放射学的防护也成为医用辐射防护的又一个热点课题。电离辐射技术在医学上的广泛应用是20世纪引人注目的杰出成就。如图1所示,从医用辐射三大分支学科的蓬勃发展到影像医学的形成,以及介入放射学的崛起,无疑为人类防病治病带来了巨大利益。

与此同时也提出了日益突出的医用辐射防护课题。医用辐射防护已成为辐射防护领域影响面最广的重点之一。为此,放射卫生人员必须深入实际,了解并尽可能熟悉各种医用辐射,掌握其发展趋势,致力于趋利避害,搞好医用辐射防护,促进医用辐射技术更好地发展并更好造福于人类。分析评价模式放射学、临床核医学和放射肿瘤学的基本状况(单位、人员、主要设备等),是反映医用辐射发展动态和分析评价其应用与医疗照射水平的基础。为了便于不同地区的相互比较,除了统计绝对数外,往往还统计以各地区人口数平均的相对拥有量。世界卫生组织(WHO)在20世纪80年代初估计,放射学经费占整个卫生保健事业费的6%~10%[6]。现在可能要占更大比重了。

因为近一二十年来,医用辐射设备的更新换代速度很快,放射学、核医学和放射肿瘤学的投入相当可观。例如高性能的电子束CT售价将近3百万美元,全套正电子发射计算机断层扫描显像装置(PET)可达5百万美元。显然医用辐射事业的发展既是反映一个地区乃至一个国家的医疗保健水平,更是依赖于该国家或地区的经济基础。为了分析比较全世界不同国家或地区的医疗照射水平,WHO和UNSCEAR一直在寻求合适的分析评价模式。WHO出于分析的目的,将不同国家分为4类:欠发达国家(leastdevelopedcoun-tries),发展中国家(developingcountries),转型期经济(economiesintransition),发达的市场经济(developedmarketeconomies)[7]。而UNSCEAR在其1988、1993和2000年报告书中,为了从可得到的有限资料外推至全世界各种医疗照射水平,选取每单位人群的医生拥有量为特征参数,把不同国家或地区划分为4类医疗保健水平:凡每1千人口至少有1名医生的为Ⅰ类;每1千至3千人口有1名医生的为Ⅱ类;每3千至1万人口有1名医生的为Ⅲ类;超过1万人口才有1名医生的为Ⅳ类[5,8,9]。这是UNSCEAR根据多年来收集分析世界各国各地区医疗照射资料的经验得出的。为便于比较,UNSCEAR采用每千人口诊治人次数来表征各种医疗照射应用水平,而这种应用频率与单位人群中医生拥有量之间有相互关系。同时,单位人群中医生拥有量通常又是在大范围统计中可以得到的。UNSCEAR在采用这种方法时明确强调,将各国分为4类只是提供评价医疗照射的模式,并不表示对医疗保健质量的任何判断。

此外,各国各地区对“医生”的定义也有一定差异,导致医生数量存在不确定性。并且以全国数据的平均数为基础来划分,可能掩盖一个国家内部地区间的重大差异,尤其是大的国家更明显。因此UNSCEAR在采用这种分析评价模式时,还结合具体情况对少数国家的分类进行了个别调整[5]。UNSCEAR采用近十多年形成的分析评价模式,在现有条件下处理了各国各地区不同时期有关医疗照射数据的相互比较和概括评价,外推出全世界医学放射学实践的水平,并对分析评价发展趋势做出贡献。在借鉴其评价方法时,应了解其局限性。同时在引用和比较UNSCEAR报告书中有关医疗照射的频率与剂量水平数据时,必须了解这些背景。表1列出1998年我国大陆31个省、自治区、直辖市反映医疗保健水平的有关参数。顺便将香港与澳门特别行政区以及台湾省数据列于表2。我国是最大的发展中国家,但医疗卫生事业发展较快,1949年平均每千人口拥有的医院床位仅0·15张,医生0·67人;而不断进步至1965年以后,平均每千人口拥有的医院(含卫生院等)病床数和医生数均突破1以上;1985年达平均每千人口医生1·36人,1990年以来又从每千人口1·56人增加至1998年的1·65人[10]。由表1可见,不仅全国平均数,而且31个省、自治区、直辖市各自辖区内平均每千人口拥有医生数都超过1人。尤其北京、上海、天津三市的医疗条件更优越。

当然明显存在着城乡差别。例如河北省1998年每千人口医生1·59人,而省会石家庄市达6·06人,是全省平均数3·8倍多。又如天津市,每千人口医生数市区(不含郊县)高出全市平均数近三成[10]。因此在分析评价医用辐射发展动态和医疗照射水平时应注意到与此相关的问题,并多做综合分析。如果按每千人口医生拥有量,我国属UN-SCEAR划分的Ⅰ类医疗保健水平国家;由于我国人口多,虽然医用辐射设备绝对数相当可观,但单位人群平均拥有量不高,相应全国平均的医疗照射应用频率水平也不高。因此UNSCEAR将我国划为Ⅱ类医疗保健水平统计。截至1998年,我国31个省、自治区、直辖市合计共有6·7万多家各级医院(含卫生院,其中县及县以上医院1·5万多家),各类卫生机构31·4万多个,各类卫生技术人员442·4万多人[11]。其中从事放射学、介入放射学、临床核医学和放射肿瘤学的各级医疗机构呈不断增长趋势;各种医用辐射设备的配置不断增加;尤其X射线诊断已经普及到卫生院一级,所以很值得认真关注和掌握其发展动态。

放射学发展现状

X射线诊断在我国的临床应用兴起于20世纪10~20年代,50~60年代我国放射学迅速发展,而70~80年代以来出现质量上的飞跃。近一二十年来,综合应用多种成像技术的影像医学、介入放射学以及远程放射学等均以方兴未艾之势蓬勃发展[4]。与放射学事业发展相适应,X射线诊断设备的研制生产水平不断提高,产品系列化已有相当规模,并向国际化水平迈进[12]。我国放射学设备研制生产直至广泛应用均有很大飞跃。据1999年全国性调查,31个省、自治区、直辖市从事X射线诊断(含介入放射学)的单位、医学放射工作人员和主要放射学设备数见表3。为节省篇幅,地区分布简化为按华北(北京、天津、河北、山西、内蒙古)、东北(辽宁、吉林、黑龙江)、华东(上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、山东)、中南(河南、湖北、湖南、广东、广西、海南)、西南(重庆、四川、贵州、云南、西藏)和西北(陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆)等6大区统计分析。则列出每百万人口的单位、工作人员和主要设备数以便于比较。鉴于X射线诊断设备,从传统的到数字化的,品种繁多。

调查中划出X射线CT和牙科X射线机、乳腺摄影X射线机、有X射线的体外碎石机等三种专用X射线机单独统计,其他各类X射线机则按通常习惯以毫安容量分档统计。由表3可见,我国31个省、自治区、直辖市现有约4·2万家各级医疗机构开展放射学服务,医学放射学工作人员逾12·6万人,各种X射线诊断设备约6·6万台。还有其他影像检查设备MRI(磁共振)443台。就从事放射学工作单位、工作人员和主要放射学设备的绝对数而言,华东区拥有量最多,但华东区在6大区中人口也最多。由表4可见,华北、东北、华东三大区按人口平均拥有量均高于其他三大区。按人口平均拥有量,西南和中南区都在全国平均水平以下。

在X射线诊断设备中,近些年X-CT和600mA以上X射线诊断机迅速增加,X-CT绝对数已经居世界各国第3位,但X-CT在所有X射线诊断设备中仅占5·6%;而200mAX射线诊断机占32·5%多。同过去相比,牙科X射线机和乳腺摄影X射线机有明显增加,但在所有设备中的比重仍较低(仅占3·7%和1·1%多)。而国外这两类专用X射线机相当普及。例如牙科X射线机超过1万台的国家有巴西(7·5万台)、德国(7·4万台)、日本(5·7万台)、加拿大、法国、英国、瑞典、土耳其等。这些国家牙科专用机比其他X射线诊断机多,瑞典高达9·6倍,加拿大达3·8倍。乳腺摄影X射线机美国逾1万台,德国3·5千多台,法国2·4千台,均超过X-CT数倍[5]。因此,当UNSCEAR按其分析评价模式外推世界平均水平时,出现牙科X射线机相对量最大,乳腺X射线机比X-CT多。表5比较我国与世界平均的每百万人口各类X射线诊断机拥有量。UN-SCEAR外推4类医疗保健水平国家和世界平均水平的归一化数据是1991年至1996年的平均数[5]。

已述及UNSCEAR外推数据的局限性,这个相对比较仅概括反映各类设备所占比重的趋势。我国人口众多,31省份的按人口平均水平同样也掩盖了不同地区的显著差异。临床核医学发展现状自从1896年贝可勒尔发现铀的放射性和1898年居里夫妇发现镭以来,可视为核医学史上里程碑的重要进展有:20世纪20年代生物学中应用放射性核素示踪方法,1925年用于实现测定人体的血流速度;30年代研制成功回旋加速器,并用于制造人工放射性核素;40年代建成核反应堆,放射性核素制剂在临床与科研中使用;50年代先后研制出扫描机和γ照相机;60年代99mTc发生器和99mTc标记显像剂陆续用于临床核医学;70年代电子计算机的应用把核医学推进到定量与动态核医学的新阶段;发射型计算机断层显像装置(SPECT和PET)先后问世,并在80年代后迅速发展[13];90年代分子核医学崛起[14]。我国核医学开创于20世纪50年代后期。80年代开始引进SPECT,增加速度颇快,仅1991年至1993年就又新添84台SPECT。90年代以来,被誉为可进行活体生化显像的PET已装备了13台。据1999年全国性调查,我国31个省、自治区、直辖市设置有临床核医学科的医院862家;临床核医学工作人员逾5·6千人;主要的核医学诊断设备1330台。

临床核医学单位、工作人员和主要诊断设备按6大区的分布。表7列出按每百万人口归一的单位、工作人员和主要诊断设备数。由表7可见,6大区平均水平以包括首都在内的华北地区条件最好,其次是东北、华东地区,平均水平西南地区条件相对较差。

我国临床核医学主要诊断设备数量还远不如发达国家多。UNSCEAR外推1991~1996年平均每百万人口设备拥有量,对γ照相机,Ⅰ类医疗保健水平为7·2台,Ⅱ类为0·3台,Ⅲ类0·1台,Ⅳ类0·03台,世界平均水平2·1台;而我国仅0·08台。对尖端设备PET,Ⅰ类0·2台,Ⅱ类0·002台,Ⅲ类、Ⅳ类没有,世界平均水平0·05台;而我国仅0·01台。但近一二十年来,我国临床核医学诊断与治疗(包括放射性药物研制等)工作质量有较大提高。放射肿瘤学发展现状中华医学会放射肿瘤学会于1986年成立后,先后于1986、1994和1997年三次进行我国放射治疗单位、人员和设备等基本状况调查,这三次调查是按专科学会系统进行的[15]。1999年,我们通过放射卫生监督管理系统进行现状调查的主要结果列于表8,同样按6大区给出分布情况。表9是折算为每百万人口的拥有量。

我国31个省、自治区、直辖市已有795家医院能施行放射治疗,放疗工作人员逾1·1万人,各种主要放射治疗设备1670台。按6大区分布,华北5省、自治区、直辖市平均每百万人口拥有量较高,华东、东北、中南稍逊,而西南、西北低于全国平均水平。表10比较迄今我国四次调查的主要结果,反映近十几年我国放射肿瘤学事业不断发展的概貌。作为肿瘤治疗的重要手段之一,放疗的发展必须尽可能与实际需要相适应。据估计,我国每年肿瘤新发病人数约150万[15],加上原有的肿瘤患者,显然对放射治疗需求量很大。我国恶性肿瘤已上升为居民死因的第二位,据调查预测,20世纪末的年恶性肿瘤死亡人数约为140万人[16]。虽然前三次调查[15]与本次调查方法不尽相同,但完全可看出发展趋势(见表10)。随着我国国民经济不断发展,放射肿瘤学事业的进步是医疗卫生事业发展的缩影。由表10可见,1999年可开展放射治疗服务的医院是1986年的3倍多;主要放疗设备中,医用加速器增长最快,十几年净增约5倍;随着计算机技术和高比活度放射源生产水平的提高,近距离后装机重新赢得青睐,增加了将近4倍。新崛起的立体定向放疗技术近些年迅速发展,其设备增长速率居世界各国之首[5]。

X射线治疗机是放疗设备中逐渐要退出历史舞台的,一般呈下降趋势。表10反映我国主要放疗设备的增长日趋合理。而且可喜的是,国产设备市场占有率近几年来不断上升。据报道,70%的低能加速器,90%的后装治疗机,80%的钴治疗机,50%的γ-刀和X-刀,70%的放射治疗模拟机均是国产的[17]。表11比较我国1999年主要放疗设备调查结果按每百万人口归一与UNSCEAR外推1991至1996年相应世界平均水平。由表11可见,虽然我国近几年放疗设备增长很快,但人均拥有量仍不高,相当于UNSCEAR评估模式的Ⅱ类医疗保健水平。我国目前远距离放疗设备每百万人口拥有量与东亚、中美地区平均水平相当,好于东南亚、印度次大陆、东欧和非洲地区,但远不如西欧和北美地区[18]。在我国放射肿瘤学发展现状中,放疗单位设置的合理布局、增加配套放疗辅助设备以及放疗工作人员的队伍建设等是必须重点加强的。

所有的医用辐射都必须在满足诊断或治疗需要的同时,搞好医用辐射防护[19],加强质量保证工作。放射治疗更依赖配套设备和高素质工作人员来施行,才能实现凡需要放射治疗者,不仅应对症采用合适的放射治疗,而且必须力求施以最佳质量的放射治疗,从而不断追求高精度、高疗效和低副作用[20]。放射治疗模拟机、放射治疗计划系统(TPS)、剂量仪、测量用水箱、各种固定架、各种挡块模具等放射治疗的辅助设备、定位设备、模室设备和剂量监测设备与主要放疗设备同等重要,都是保证放射治疗质量的必要条件[21]。主要放疗设备中远距离与近距离放疗设备也是要互相匹配的。

此次进一步开展“九五”期间放射治疗医疗照射水平调查的17个省、自治区、直辖市中,合计有放疗单位576家,占全国总数近73%。这576家医院中,已装备医用加速器287台(占全国总数68%),钴或铯治疗机413台(占全国总数75%),X射线治疗机159台(占77%),γ-刀和X-刀66台(占59%),近距离后装机274台(占72%);同时还装备了放疗模拟机332台,放疗计划系统164台,剂量仪342台。同过去比,辅助设备有较大增长,但还很不够[15],尤其省级以下医院更必须大力加强各种有关配套放疗设备的配置。

放疗工作人员的队伍建设是放疗质量保证的又一个关键问题。尤其调强适形放射治疗等新技术的推广和放疗新设备、新方法的应用,对各类放疗工作人员提出了更高的素质要求。同时还要有不同专业的合理结构。据报道,美国1990年放疗医师约2·4千人;而医学物理师和剂量计算师各有1·1千人,二者之和与放疗医师差不多。还有将近5·4千人的放疗技师,达到每台治疗机有2·23名技师[22]。我国放疗单位中,普遍缺少医学物理人员和工程技术人员。特别是放疗医师与物理人员之比达8·1∶1[15],这方面与发达国家的差距较大,必须引起足够重视而采取相应的有效措施解决。