Оценка и сравнение радиационных рисков медицинского и профессионального облучений

В связи с динамичными условиями развития ядерных радиационных технологий и их применением в гражданских целях большое значение приобретает необходимость наличия научно обоснованных оценок их безопасности. При этом возникает естественный вопрос о радиационном риске и радиологической защите при одновременном воздействии профессионального и медицинского облучения.

Если, помимо профессионального облучения, персонал периодически подвергается дополнительному облучению на медицинском радиологическом оборудовании (для визуализации или диагностики), то соответствующие дозы указанного дополнительного облучения должны учитываться при обеспечении радиационной безопасности персонала на предприятиях (п. 2.3.2 ОСПОРБ-99/2010) [1]: «Радиационная безопасность персонала обеспечивается ограничениями допуска к работе с источниками излучения по возрасту, полу, состоянию здоровья, уровню предыдущего облучения и другим показателям».

В последние 20 лет отмечается быстрый рост количества медицинских радиологических процедур, которые являются основным источником воздействия ионизирующего излучения на человека. Так, за жизнь одного поколения в США средняя эффективная доза медицинского об-

лучения увеличилась на 600% и в 2006 г. составила 3,0 мЗв, эта величина сравнима с эффективной дозой, которую ежегодно получает человек от естественного излучения [2]. Приблизительно половину средней эффективной дозы от всех видов медицинских радиологических процедур больные получают при проведении компьютерной томографии (КТ) [3].

Благодаря техническим достижениям в области медицинской радиологии, в частности повышению качества диагностического изображения и снижению времени проведения обследования, количество проводимых КТ-процедур в мире постоянно увеличивается. Однако в связи с ежегодным ростом числа сканирований, выполняемых во всём мире, вклад КТ в общую среднюю дозу также увеличивается.

Согласно данным, представленным в Публичном годовом отчете «Итоги деятельности Государственной корпорации по атомной энергии за 2012 год», в 2012 г. на дозиметрическом контроле в организациях Госкорпорации «Росатом» состояло 68393 человека из персонала категории А (категория приводится в соответствии с Нормами радиационной безопасности (НРБ-99/2009) и ОСПОРБ-99/2010). Дозовая нагрузка на персонал за последнее десятилетие имеет выраженную тенденцию к снижению. Среднегодовая доза облучения персонала в 2012 г. составила 1,70 мЗв. Вместе с тем, динамика количества рентгенодиагностических исследований и доз медицинского облучения населения России имеет ярко выраженный положительный тренд [4]. Отмечается, что вклад компьютерной томографии в коллективную дозу медицинского облучения возрос с 26,3% в 2011 г. до 29,6% в 2012 г. Средняя доза при компьютерной томографии составляет 4,97 мЗв на процедуру. На сегодняшний день мировыми лидерами по количеству ежегодно проводимых исследований с использованием технологий компьютерной томографии являются США, Люксембург и Эстония. Так, по данным Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), в США в 2011 г. число процедур КТ на 1000 человек составило 273,8 сканирований в год [5]. Согласно представленной статистике при ожидаемой продолжительности жизни 80 лет человек может подвергнуться до 20 раз медицинскому облучению на КТ.

Целью настоящей работы является сравнение радиационных рисков профессионального и медицинского облучений, а также оценка суммарного радиационного риска, рассмотренного на примере облучения персонала.

Модель оценки радиационного риска

На сегодняшний день вопросу разработки способов оценки и прогноза вреда здоровью человека в результате воздействия на его организм ионизирующего излучения уделяется всё больше внимания. Так, в последние годы математические представления для прогноза и оценки радиационных рисков были опубликованы этими организациями: МКРЗ, НКДАР ООН, ВОЗ. Модели, представленные этими организациями, дают несколько различные оценки в прогнозе радиационного риска, что было показано в работе [6]. В нашей текущей работе мы использовали модели радиационных рисков Публикации 103 МКРЗ. Для оценки вреда здоровью в результате облучения мы использовали следующие меры риска: пожизненный атрибутивный риск (LAR) для всех солидных раков – LAR^sol и для лейкозов – LAR^lkm и пожизненную атрибутивную долю (lifetime attributable risk fraction – LARF) [7].

Пожизненный атрибутивный риск (LAR) характеризует количество избыточных над фоновым числом раковых заболеваний, которые могут произойти в течение всей последующий жизни после облучения группы лиц в заданном возрасте g, у которых одинаковы модифицирующие риск факторы (пол, возраст при облучении и др.). Для индивидуума пожизненный атрибутивный риск можно понимать как вероятность возникновения у него в течение оставшейся жизни после возраста g онкологического заболевания, вызванного радиационным облучением. Эти величины (LARsol и LARlkm) рассчитываются суммированием значений избыточного абсолютного риска (EAR) по возрасту a, т.е. по следующей формуле:

a max

LARso(gs, l, s, {Dg })= £ EARso(gs, a, l, s, {Dg })■ Ssol (s, l, gs, a), a=0

a max           /           r w gs, s, {Dg })= £ EARkm(gs, a, s, {Dg })■ Skm(s, l,gs, a).

a =0

В итоге можно определить суммарный риск возникновения рака:

LAR ( gs , s , { D g }) = LAR^lkm ( gs , s ,

{ D g }) + ^l mx LAR so ( gs , l , s , { D g }) . l =0

Здесь l – локализация солидной опухоли; s – пол; a – возраст, на который рассчитывается риск; gs – текущий возраст, в котором человек был жив и не болен онкозаболеванием локализации l (в случае расчёта EARsol) или лейкемией (в случае расчёта EARlkm); g – возраст на момент облучения; {Dg} - набор доз облучения Dg в различных возрастах g; Sso1 (s, l, gs, a) - функция здорового дожития, обозначающая вероятность индивидуума дожить от возраста gs до a и не заболеть солидным раком локализации l; Slkm (s, gs, a) - функция здорового дожития, обозна- чающая вероятность индивидуума дожить от возраста gs до a и не заболеть лейкемией.

Зная пожизненный атрибутивный риск, можно определить пожизненную атрибутивную долю (lifetime attributable risk fraction – LARF). Пожизненная атрибутивная доля представляет собой вклад радиационно-обусловленной заболеваемости в общую фоновую онкозаболеваемость в % в течение всей оставшейся жизни пациента. Если в течение всей оставшейся жизни после прохождения КТ-сканирований пациент заболеет раком определённой локализации l, то величину LARF можно рассматривать как вероятность того, что этот рак вызван именно радиационным воздействием при прохождении КТ-сканирований. Формулы для вычисления пожизненной атрибутивной доли для всех солидных раков, лейкозов и всех видов рака в целом выглядят так:

\           LARsol (gs, l, s,{Da })

LARF^so l ( g , l , s , D ) =----------- ^w x     ^g^.. -----г ■ 100% ,

Lar¹ ( gs , l , s , { D g } ) + LBR^so l ( g , l , s )

x          LARlkm (gs, s,{Do })

LARF^lkm ( g , l , s , D ) =------------ ^V \ ^g ---r ■ 100% ,

LARlkm (gs, s,{Dg })+ LBRlkm (g, s)

/       \                  LAR ( gs , s ,{ Da } )

LARF ( g , l , s , D ) =----_T --------1--- ^^-g v ч ■ 100% .

LAR (gs, s,{Dg })+ LBRlkm (g, s)+ LBRsol (g, l, s)

Здесь LBR – величина пожизненного фонового риска заболеваемости раком различных локализаций, рассчитанного от различных возрастов. Пожизненный фоновый риск показывает ожидаемое число раковых заболеваний, которые могут произойти в течение всей оставшейся жизни у группы лиц, начиная с заданного возраста g, в случае отсутствия облучения этой группы, у членов которой одинаковые факторы (пол, возраст g и др.). Для индивидуума пожизненный фоновый риск можно понимать как вероятность возникновения онкологических заболева- ний у него в течение оставшейся после возраста g жизни, вызванного причинами, не связанными с радиационным облучением. Этот риск вычисляется по следующим формулам:

LBRso (g, l, s) = 10-5 • max ^onc (।, s, k) • Ssol (s, l, gs, a), a=g

LBR' km ( g , s ) = 10 ^-5 • ³ X x Anc ( s , k ) • S^km ( s , gs , a ) . a = g

Здесь An (l, s, k) и A0nc (s, k) – показатели фоновой заболеваемости солидным раком локализации l и лейкемией соответственно среди людей пола s и возраста a, приведённые на 100000 человек.

Зная избыточный абсолютный риск заболеваемости раком после многократного облучения, можно оценить атрибутивную долю (attributable risk fraction – ARF) по следующим формулам:

ARF so ( gs , a , l , s ,{ D g } )

ARF^lkm ( gs , a , s ,{ Dg } ) =

EARso (gs, a, l, s,{Do})

, , , , ^g* 100%

EAR^so l ( gs , a , l , s , { D g } ) + A 0 ^nc ( l , s , a )'      °’

EAR km ⁽ gs , a , s ,{ D g } )      ^ 100%

EAR^lkm ( gs , a , s , { D g } ) + Ainc ( s , a )      °'

Атрибутивная доля представляет собой вклад радиационно-обусловленной заболеваемости в общую фоновую онкозаболеваемость в % в достигнутом возрасте a . Если индивидуум заболел раком определённой локализации l в возрасте a , то величина ARF показывает вероятность того, что этот рак был вызван именно радиационным облучением при прохождении КТ-сканирований. Здесь A i^c ( l , s , k ) и A inc ( s , k ) - показатели фоновой заболеваемости солидным раком локализации l и лейкемией соответственно среди людей пола s и возраста a , приведённые на 100000 человек.

Подробно методика оценки радиационных рисков после многократного использования компьютерной томографии описана в наших статьях ранее [8, 9].

Сравнение радиационных рисков профессионального и медицинского облучений

Сравнение радиационных рисков профессионального и медицинского облучений, а также оценка суммарного радиационного риска (рассмотренного на примере облучения персонала) выполнена по следующим сценариям: профессиональное облучение с дозой 1,7 мЗв в год с 18 до 60 лет и медицинское облучение – прохождение диагностических процедур с использованием КТ в 20, 25, 30, 45 и 50 лет. Число облучений на КТ (5 раз в течение жизни) выбрано заведомо ниже максимального (20 раз в течение жизни), т.к. абсолютное число компьютерных томографов и распространённость диагностических процедур с их применением в России ниже показателей США.

В настоящем примере рассмотрены два возможных способа расчёта радиационных рисков. В первом случае проводится прогноз радиационного вреда облучения у работников, которые только пришли на работу в отрасль (возраст 18 лет). Таким образом, риски оцениваются в предположении, что в дальнейшем к данному работнику будут применяться заданные условия облучения (профессиональное и медицинское). Кроме того, учитывается вероятность, что работник может заболеть раком или вообще не дожить до окончания облучения в 60 лет. Во втором случае считается, что работник уже дожил до 60 лет и подвергся профессиональному и медицинскому облучению (согласно сценарию), и радиационный риск рассчитывается на последующие годы жизни.

В табл. 1 и 2 приведены эквивалентные (органные) дозы в органах и тканях под риском после медицинского облучения при компьютерной томографии для мужчин и женщин отдельно. Предполагается, что облучение происходит на томографе «Siemens Emotion 6» и органные дозы рассчитаны при помощи компьютерной программы CT-Expo v2.1 [10].

Таблица 1 Органные дозы (мГр), полученные мужчиной после прохождения компьютерной томографии в 20 лет (грудной отдел), 25 лет (таз), 30 лет (таз), 45 лет (плечи) и 50 лет (грудной отдел). Данные получены при помощи программы CT-Expo путём обработки стандартных протоколов КТ-исследований томографа Siemens Emotion 6

	Возраст при облучении	Пищевод	Желудок	Толстый кишечник	Печень	Лёгкие	Молочная железа	Яичник	Мочевой пузырь	Щитовидная железа	Остальные солидные локализации	Красный костный мозг
Грудной отдел	20	8,95	1,94	0,12	2,98	9,25	0,00	0,00	0,00	2,78	1,76	2,22
Таз	25	0,01	1,05	10,16	0,76	0,04	0,00	0,00	13,10	0,00	3,51	4,53
Таз	30	0,01	1,05	10,16	0,76	0,04	0,00	0,00	13,10	0,00	3,51	4,53
Плечи	45	14,51	0,20	0,01	0,28	6,30	0,00	0,00	0,00	18,66	2,14	2,50
Грудной отдел	50	8,95	1,94	0,12	2,98	9,25	0,00	0,00	0,00	2,78	1,76	2,22

Таблица 2

Органные дозы (мГр), полученные женщиной после прохождения компьютерной томографии в 20 лет (грудной отдел), 25 лет (таз), 30 лет (таз), 45 лет (плечи) и 50 лет (грудной отдел). Данные получены при помощи программы CT-Expo путём обработки стандартных протоколов КТ-исследований томографа Siemens Emotion 6

	Возраст при облучении	Пищевод	Желудок	Толстый кишечник	Печень	Лёгкие	Молочная железа	Яичник	Мочевой пузырь	Щитовидная железа	Остальные солидные локализации	Красный костный мозг
Грудной отдел	20	9,12	1,85	0,14	2,86	9,22	9,74	0,02	0,00	3,19	2,64	2,29
Таз	25	0,00	1,02	9,96	0,74	0,05	0,03	12,27	13,76	0,00	2,81	4,78
Таз	30	0,00	1,02	9,96	0,74	0,05	0,03	12,27	13,76	0,00	2,81	4,78
Плечи	45	15,14	0,27	0,02	0,36	7,15	1,71	0,00	0,00	21,26	3,59	2,78
Грудной отдел	50	9,12	1,85	0,14	2,86	9,22	9,74	0,02	0,00	3,19	2,64	2,29

Результаты оценки радиационных рисков онкологической заболеваемости профессионального и медицинского облучений

Основные результаты оценки радиационных рисков индукции возможных онкологических заболеваний при профессиональном и одновременно медицинском облучении по указанным выше сценариям приведены на рис. 1-8, а также в табл. 3-6.

Рис. 1. Произведение избыточного абсолютного риска (на 10⁴ человек) и функции здорового дожития для мужчин как функция достигнутого возра с та для заболеваемости всеми вид а ми рака при медицинском и профессиональном облучениях при расчете риска с 18 лет.

Рис 2. Произведение избыточного абсолютного ри с ка (на 10⁴ человек) и ф у нкции здорового дожития для женщин как функция достигнутого возраста для заболеваемости всеми видами рака при медицинском и профессиональном облучениях при расчете риска с 18 лет.

Достигнутый возраст

Рис. 3. Атрибутивная доля (%) как функция достигнутого возраста для з аболеваемости всеми видами рака при медицинском и профессиональном облучениях м у жчин при р а счете риска с 18 л е т.

Рис. 4. Атрибутивная доля (%) как функция достигнутого возраста для з аболеваемости всеми видами рака при медицинском и профессиональном облучениях женщин при расчете риска с 18 л е т.

Рис. 5. Произведение избыточного абсолютного риска (на 10⁴ человек) и функции здорового дожития для мужчин как функция достигнутого возра с та для заболеваемости всеми вид а ми рака при медицинском и профессиональном облучениях при расчете риска с 60 лет.

Рис. 6. Произведение избыточного абсолютного риска (на 10⁴ человек) и функции здорового дожития для женщин как функция достигнутого возраста для заболеваемости всеми видами рака при медицинском и профессиональном облучениях при расчете риска с 60 лет.

Достигнутый возраст

Рис. 7. Атрибутивная доля (%) как функция достигнутого возраста для з аболеваемости всеми видами рака при медицинском и профессиональном облучениях м у жчин при р а счете риска с 60 л е т.

Рис. 8. Атрибутивная доля (%) как функция достигнутого возраста для з аболеваемости всеми видами рака при медицинском и профессиональном облучениях женщин при расчете риска с 60 л е т.

Таблица 3

Пожизненный атрибутивный риск для случая прогноза с 18 лет

LAR на 10 000 человек (риск с 18 лет)
	Медицинское	Профес с иональное	Суммарный риск
Мужчины Женщины	6,28 11,59	26,43 46,93	32,71 58,53

Таблица 4

Пожизненная атрибутивная доля для случая прогноза с 18 лет

LARF, % (риск с 18 лет)
	Медицинское	Профес с иональное	Суммарный риск
Мужчины Женщины	0,29 0,51	1,14 1,85	1,45 2,41

Пожизненный атрибутивный риск для случая прогноза с 60 лет

LAR на 10 000 человек (риск с 60 лет)
	Медицинское	Профессиональное	Суммарный риск
Мужчины Женщины	5,70 9,72	24,20 38,70	29,89 48,42

Пожизненная атрибутивная доля для случая прогноза с 60 лет

LARF, % (риск с 60 лет)
	Медицинское	Профессиональное	Суммарный риск
Мужчины Женщины	0,24 0,57	0,93 1,89	1,20 2,54

Таблица 5

Таблица 6

Как видно из рис. 1, 2, 5 и 6, величина произведения избыточного абсолютного риска и функции здорового дожития для мужчин, которые пришли на работу в отрасль в возрасте 18 лет и которые дожили до 60 лет и только потом подверглись медицинскому и профессиональному облучению, максимальна в возрасте 65 лет. Для женщин эта величина принимает набольшее значение в возрасте 70 лет. Причём атрибутивная доля (ARF) для мужчин с возрастом снижается до момента достижения ими 75 лет, а для женщин наоборот наблюдается постоянный рост атрибутивной доли при расчете риска с 18 лет. При расчёте риска по второму сценарию (с 60 лет) как у мужчин, так и у женщин наблюдается рост атрибутивной доли при увеличении достигнутого возраста.

Полученные результаты дают основу для решения проблемы оптимизации радиационной защиты в ситуациях одновременного профессионального и медицинского облучения. Нами рассмотрены конкретные сценарии облучения. Понятно, что рассмотреть все типовые сценарии крайне сложно – необходимо переходить на оценку радиационных рисков на индивидуальном уровне с учётом динамики во времени профессионального и медицинского облучения. Понятно также, что для реализации такого подхода необходимо создание специального программного обеспечения. Вместе с тем (табл. 4, 5), следует подчеркнуть два важных полученных результата:

• -    суммарный риск профессионального и медицинского облучения значительно ниже 10% от спонтанной частоты онкозаболеваний, при котором наблюдаются неблагоприятные радиологические последствия облучения;

• -    доля радиационного риска медицинского облучения при рассмотренных сценариях составляет 20-30% от суммарного риска профессионального и медицинского облучения, а это действительно подтверждает необходимость выполнения расчётов комплексной оценки радиационных рисков и оптимизации на этой основе радиационной защиты персонала в целом.