Применение новых рекомендаций МКРЗ 2022 г. при расчёте радиационных рисков пациентов после компьютерной томографии

Медицинское облучение остаётся одним из главных антропогенных источников облучения населения в современном мире [1, 2]. Его основу, как правило, составляют диагностические медицинские технологии, основанные на применении рентгеновских, ультразвуковых, радионуклидных, ангиографических, рентгенохирургических и других методов, а также рентгеновской и магнитно-резонансной компьютерной томографии [3]. Кроме усовершенствования и развития самих диагностических методов и технологий, обновления программного обеспечения, происходит накопление научных данных в области медицинского облучения и оценок радиационного риска.

До недавнего времени оценки вреда здоровью человека в результате радиационного воздействия на организм, в том числе и в области медицинской диагностики, основывались на моделях радиационных рисков Публикации 103 Международной комиссии по радиологической

Кащеев В.В. – зав. лаб., к.б.н.; Пряхин Е.А.* – науч. сотр.; Меняйло А.Н. – вед. науч. сотр., к.б.н.; Иванов В.К. – науч. рук. НРЭР, Председатель РНКРЗ, чл.-корр. РАН, д.т.н., проф.; Иванов С.А. – директор, чл.-корр. РАН, д.м.н., проф. кафедры РУДН. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России. Каприн А.Д. – ген. директор, директор МНИОИ им. П.А. Герцена, зав. каф. РУДН, акад. РАН, д.м.н., проф. ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России.

защите (МКРЗ) [4], выпущенной в 2007 г. В 2022 г. были опубликованы новые рекомендации (Публикация 152 МКРЗ [5]), содержащие уточнения к Публикации 103 МКРЗ [4]. Изменения, в первую очередь, коснулись латентного периода для радиационно-обусловленных злокачественных новообразований (ЗНО). Изменились также модели радиационных рисков заболеваемости лейкозами и ЗНО молочной железы [5].

Наибольшие дозы медицинского диагностического облучения пациентов в России обусловлены процедурами компьютерной томографии (КТ) [6], поэтому именно для КТ контроль радиационных рисков наиболее актуален. Рекомендации МКРЗ 2022 г. [5] приведут к изменению оценок радиационных рисков в этой категории облучения по сравнению с оценками по моделям предыдущей публикации 2007 г. [4].

Ранее авторами были разработаны методы оценки радиационных рисков пациентов при однократном и многократном использовании в диагностических целях КТ [7-9], которые основывались на моделях Публикации 103 МКРЗ [4].

Целью данной работы является сравнительный анализ величины радиационных рисков ЗНО, рассчитанных по моделям Публикации 103 МКРЗ [4] и Публикации 152 МКРЗ [5], для пациентов, прошедших одну или несколько различных процедур КТ, с учётом влияния на эти оценки вариабельности медико-демографических (эпидемиологических) данных для населения России по календарным годам [10, 11].

Материалы и методы

Пожизненные радиационные риски заболеваемости какой-либо болезнью или смертности от какой-либо болезни прогнозируются на основе математических моделей интенсивностей рисков (т.е. моделей для годовых показателей заболеваемости и смертности), идентифицированных по известным радиационно-эпидемиологическим данным, в основном – по японской когорте лиц, переживших в 1945 г. атомные бомбардировки США городов Хиросима и Нагасаки (по когорте LSS – от англ. Life Span Study). Рекомендации МКРЗ 2007 г. (Публикация 103) [4] содержат идентифицированные модели интенсивности радиационных рисков по отдельным локализациям ЗНО, которые зависят не только от дозы облучения, но и от нерадиационных факторов: от пола облучённых лиц, их возраста на момент облучения, достигнутого возраста или от времени под риском ЗНО данной локализации, прошедшего после облучения. Интенсивности радиационных рисков представлены двумя типами моделей: аддитивной и мультипликативной (по отношению к интенсивностям соответствующих фоновых рисков в отсутствие облучения).

В аддитивной модели наблюдаемая в облучённой когорте интенсивность риска (годовой показатель заболеваемости или смертности) представляется суммой фоновой интенсивности риска и избыточной (обусловленной облучением) абсолютной интенсивность риска EAR (от англ. Excess Absolute Rate).

В мультипликативной модели наблюдаемая в облучённой когорте интенсивность риска представляется произведением фоновой интенсивности риска на относительную интенсивность риска RR (от англ. Relative Rate). Последняя часто представляется в виде RR = 1 + ERR , где ERR – избыточная относительная интенсивность риска (от англ. Excess Relative Rate). Таким образом, в мультипликативной модели избыточная абсолютная интенсивность риска EAR вычисляется умножением фоновой интенсивности риска на ERR.

В любом случае (как для аддитивной модели, так и для мультипликативной модели) пожизненный радиационный риск представляет собой пожизненную сумму погодовых показателей EAR с весами (вероятностями) дожития до каждого возраста от возраста при облучении до максимально достижимого возраста в когорте (обычно – до возраста 100 лет). Для одной и той же локализации ЗНО пожизненные риски, вычисленные по аддитивной и мультипликативной моделям, складываются с весами, которые определяются МКРЗ [4] экспертным путём.

По отношению к моделям риска далее в статье будет использоваться исторически сложившаяся терминология МКРЗ, согласно которой модели избыточных интенсивностей риска называются моделями избыточных рисков: модель избыточного абсолютного риска и модель избыточного относительного риска, с теми же английскими аббревиатурами EAR и ERR.

В 2022 г. МКРЗ выпустила Публикацию 152 [5] со следующими изменениями по сравнению с моделями радиационных рисков Публикации 103 [4]: латентный период для солидных ЗНО уменьшен с 10 до 5 лет; латентный период для лейкозов увеличен с 2 до 5 лет; изменена модель заболеваемости ЗНО молочной железы для достигнутого возраста младше 50 лет (с увеличением EAR в 2,3 раза); изменены модели заболеваемости лейкозами и весовые множители для аддитивной и мультипликативной моделей при вычислении пожизненного радиационного риска.

Рассмотрим более подробно определение величины пожизненного атрибутивного риска (LAR) онкологической заболеваемости, которое описывается математическими моделями Публикаций 103 и 152 МКРЗ [4, 5]. Согласно модели Публикации 103 МКРЗ [4], величину избыточного абсолютного риска заболеваемости солидным раком определённой локализации можно вычислить после облучения рассматриваемой локализации заданной дозой. В данной работе эквивалентные дозы на органы и ткани в результате прохождения различных КТ-процедур были смоделированы с помощью программы «CT-Expo» [7-9]. Риск вычисляется как взвешенное среднее по мультипликативной и аддитивной моделям МКРЗ. Обозначим этот риск как EARS^sol , подчеркнув тем самым, что это избыточный абсолютный риск заболеваемости солидными типами рака от однократного облучения. EARS^sol зависит от пола, локализации опухоли, возраста на момент облучения, достигнутого возраста и дозы однократного облучения. Формула для вычисления EARS^sol выглядит следующим образом:

EARS ^so1 (g , a, I, s,D ) = p(l) ■ EARS^g, a, I, s, D) + (1 - p(l)) ■ EARS^g, a,l,s,D) . (1)

Здесь p – весовой множитель. В МКРЗ сказано, что параметр p равен 0 для молочной железы и красного костного мозга, 1 – для щитовидной железы и кожи, 0,3 – для лёгкого и 0,5 – для всех остальных локализаций. EARS',',''_lllt — избыточный абсолютный риск заболеваемости солидными раками, рассчитанный по мультипликативной модели МКРЗ:

EARS S^i _t(g, a, l, s, D) = ^^^ ■ d ■ p_mult(i, s) ■ ( O )^{M mlltfl} ■ exp[a mult (V ■ (g - 30)] . (2)

EARS Oid — избыточный абсолютный риск заболеваемости солидными раками, рассчитанный по аддитивной модели МКРЗ:

EARS ^sad^ld (g, a, l,s,D)=D^ ^ id^ ■ (^f^ ■ exp[a add№ ■ (g - 30)] . (3)

В формулах (1-3): l – локализация опухоли; s – пол; g – возраст при облучении; a – возраст, на который рассчитывается риск; D - доза однократного облучения; p_mult , ^_mult , a_mult - параметры мультипликативной модели; p_add , M_add , a_add - параметры аддитивной модели; A ^l ₀ ^nc - показатель фоновой заболеваемости раком локализации l среди людей пола s и возраста a , приведённый на 100000 человек. При этом параметры a_mult и a_add вычисляются по следующим формулам:

a mu _l t (n = j_i-ln(1 + '-^{Y !}^⁾ ) ,                                                         (4)

а^т^.^^                    (5)

Параметры 0mult, umult, Ymult, Padd, ^add, Yadd для 10 различных опухолевых локализаций можно найти в Публикации 103 МКРЗ (табл. 1) [4].

Параметры модели для вычисления избыточного абсолютного риска заболеваемости солидными раками различных локализаций

Таблица 1

Локализация опухоли	Пол	β mult	γ mult	ω mult	β add	γ add	ω add
Пищевод	Муж. Жен.	0,40 0,65	-17	-1,65	0,48 0,66	64	2,38
Желудок	Муж. Жен.	0,23 0,38	-17	-1,65	6,63 9,18	-24	2,38
Толстая кишка	Муж. Жен.	0,68 0,33	-17	-1,65	5,76 2,40	-24	2,38
Печень	Муж. Жен.	0,25 0,40	-17	-1,65	4,18 1,30	-24	2,38
Лёгкое	Муж. Жен.	0,29 1,36	+17	-1,65	6,47 8,97	1	4,25
Молочная железа	Жен.	0,87	0	-2,26	10,9	-39	3,5
Яичник	Жен.	0,32	-17	-1,65	1,47	-24	2,38
Мочевой пузырь	Муж. Жен.	0,67 1,10	-17	-1,65	2,00 2,77	-11	6,39
Щитовидная железа	Муж. Жен.	0,53 1,05	-56	0,00	0,69 2,33	-24	0,01
Остальные солидные	Муж. Жен.	0,22 0,17	-34	-1,65	7,55 10,45	-24	2,38

Следует также учесть, что после облучения радиационный риск может реализоваться только через определённое время – латентный период T LS . Латентный период для заболеваемости солидными типами раков в модели МКРЗ равен 10-ти годам, т.е. в течение 10 лет после облучения избыточные риски как по мультипликативной, так и по аддитивной моделям принимаются равными нулю. Другими словами:

EARS ^sol (g,a, l,s,D) = 0 , если a < g + T_LS . (6)

Для расчёта избыточного абсолютного риска заболеваемости лейкозами после однократного облучения в МКРЗ применяется модель, опубликованная в работе [12]. Обозначим этот риск как EARS^lkm . Формула для вычисления EARS^lkm выглядит так:

EARS^{lk m} (g,a,s,D) = '^^^ ■ D ■ (1 +0,74 ■ D) ■ exp[a_lk m (g,s) ■ (a-g-2^)] . (7)

Здесь g – возраст при облучении; a – возраст, на который рассчитывается риск; s – пол; D - доза однократного облучения; P_lkm , a_lkm - параметры модели избыточного абсолютного риска заболеваемости лейкозами.

Латентный период для заболеваемости лейкозами T LL равен 2 года, и:

EARS^lkm(g,a,s,D') = 0 , если aLL . (8)

Зная величину избыточного абсолютного риска заболеваемости раком после однократного облучения, можно определить избыточный абсолютный риск заболеваемости раком после многократного облучения с учётом функции здорового дожития путём суммирования EARS по возрасту на момент облучения с соответствующей дозой облучения. Формулы для определения избыточного абсолютного риска пролонгированного облучения выглядят так:

EAR^so1 (g s, a, I, s, {D_g}) = S ^so1 (s, I, gs, a) ■ E “=_o EARS^so1 (g, a, I, s, D g ) ,                        (9)

EAR^{l km} (gs,a,s,{D^]) = S ^lkm (s,gs,a) ■ ^ g=o E ARS ^lkm (g, a, s, D _g) .                       (10)

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 EAR^sol ) или лейкемией (в случае расчёта EAR^lkm ); g – возраст на момент облучения; D g - доза однократного облучения в возрасте g ; S^sol(s,l,gs,a') - функция здорового дожития, обозначающая вероятность индивидуума дожить от возраста gs до a и не заболеть солидным раком локализации l ; S^{l km} (s,gs,a) - функция здорового дожития, обозначающая вероятность индивидуума дожить от возраста gs до a и не заболеть лейкемией.

Формулы для вычисления S ^sol (s,l,gs,a) и S^{lk m} (s,gs,a) выглядят следующим образом: S ^sol (s,l,gs,a) = ехр[-10^-5 ■ ^stiT^s) - A^^s,*) + A O^nc (l,s,k)\ ,           (11)

S^{l km} (s,gs,a) = ехр[-Ю ^-5 ■ X^A^tk.s) - A ^mort (s,k) + ^                   (12)

Здесь A O^mort (k,s) - показатели фоновой смертности от всех причин среди людей пола s и возраста к , приведённые на 100000 человек; A ^l _o^nc(l,s,k) и A ^l _o^nc(s,k) - показатели фоновой заболеваемости солидным раком локализации l и лейкемией соответственно среди людей пола s и возраста к , приведённые на 100000 человек; A T ^ort(l,s,k) и A m ^ort(s,k) - показатели фоновой смертности от солидного рака локализации l и от лейкемии соответственно среди людей пола s и возраста k , приведённые на 100000 человек.

Зная избыточный абсолютный риск заболеваемости раком после многократного облучения, можно оценить пожизненный атрибутивный риск возникновения рака определённой локализации после многократного облучения. Он рассчитывается суммированием значений избыточного абсолютного риска по возрасту a , т.е. по следующим формулам:

LARsol(gs,l,s,{Dg)) = Xamax EARsol(gs,a,l,s,{Dg]\(13)

LARl^m(gs,s,{Dg)) = XamOx EARlkm(gs,a,s,{Dg])(14)

В итоге можно определить суммарный риск возникновения рака:

LAR(gs,s,{Dg)) = LARl^m(gs,s,{Dg))+xlmOx LARsol(gs,l,s,{Dg])(15)

Результаты и их обсуждение

В ходе работы авторами был рассмотрен пример расчёта радиационных рисков возможной индукции онкологических заболеваний в результате однократного и многократного прохождения диагностических процедур на компьютерном томографе. Как и в наших предыдущих работах [7, 8], рассмотрен пример нескольких типичных КТ-обследований пациентки на томографе

«Siemens Emotion 6», проведённых в разных возрастах. Эквивалентные дозы, используемые для оценок риска и характерные для выбранных процедур, смоделированы средствами программы CT-Expo v2.1 (табл. 2) [7, 8].

Различия в оценках радиационных рисков при однократном прохождении КТ грудной клетки в возрасте 20 лет с использованием моделей Публикации 103 МКРЗ [4] и Публикации 152 МКРЗ [5], а также при использовании фоновых эпидемиологических показателей российского населения за различные календарные годы [10, 11], не превышают 15% для локализации «печень» (табл. 3) и объясняются, в первую очередь, разными эпидемиологическими данными, ис- пользуемыми при расчётах. В случае, когда эпидемиологические данные были идентичны, различия в оценках риска солидных раков составили уже менее 2% и наблюдались только для молочной железы, что объясняется изменением её модели в Публикации 152 МКРЗ [5] (рис. 1). Важно отметить, что в случае заболеваемости лейкозами (при облучении красного костного мозга) различия могут достигать 53%, что объясняется большими различиями в моделях лейкозов Публикации 103 МКРЗ [4] и Публикации 152 МКРЗ [5].

Таблица 2 Эквивалентные дозы при компьютерной томографии различных отделов тела

Тип обследования	Пищевод	Желудок	Толстый кишечник	Печень	Лёгкие	Молочная железа	Яичник	Мочевой пузырь	Щитовидная железа	Красный костный мозг
	Эквивалентные дозы, мГр
КТ грудного отдела (возраст 20 лет)	9,12	1,85	0,14	2,86	9,22	9,74	0,02	0	3,19	2,29
КТ малого таза (возраст 25 лет)	0	1,02	9,96	0,74	0,05	0,03	12,27	13,76	0	4,78
КТ малого таза (возраст 30 лет)	0	1,02	9,96	0,74	0,05	0,03	12,27	13,76	0	4,78
КТ в области плечевого пояса (возраст 45 лет)	15,14	0,27	0,02	0,36	7,15	1,71	0	0	21,26	2,78
КТ грудного отдела (возраст 50 лет)	9,12	1,85	0,14	2,86	9,22	9,74	0,02	0	3,19	2,29

Рис. 1. Пожизненный атрибутивный риск (LAR), полученный с использованием моделей Публикации 103 МКРЗ [4] и Публикации 152 МКРЗ [5] для российского населения (данные 2013 г. [10] и 2021 г. [11]) после однократного обследования грудного отдела на компьютерном томографе женщины в возрасте 20 лет.

На практике, в случае медицинского облучения, более реалистичен сценарий, когда человек в течение жизни проходит несколько обследований на различных КТ-сканерах. При этом оценки радиационного риска возможной индукции онкологических заболеваний от этих процедур могут выполняться с использованием половозрастных показателей заболеваемости ЗНО для российского населения за различные годы (в данной работе использованы данные 2013 и 2021 гг.) [10, 11].

В данной статье рассмотрен пример многократного прохождения КТ, когда женщина прошла КТ грудного отдела в возрасте 20 лет, КТ малого таза (в 25 лет), КТ малого таза (в 30 лет), КТ в области плечевого пояса (в 45 лет) и КТ грудного отдела (в 50 лет). Была выполнена оценка величины пожизненного атрибутивного риска (LAR) возможной индукции онкологических заболеваний от выбранных процедур с использованием моделей Публикаций 103 и 152 МКРЗ [4, 5], а также оценено влияние на радиационный риск фоновых эпидемиологических показателей (рис. 2). Как можно увидеть из табл. 3, в случае многократного облучения различие в оценках риска с одинаковыми фоновыми эпидемиологическими показателями, т.е. различия объясняются только выбором модели, не превышают 10% и объясняются в первую очередь изменением латентного периода. В случае использования в расчётах фоновых эпидемиологических данных за различные годы, различия в оценках радиационного риска при многократном прохождении КТ уже могут достигать 37% (для ЗНО щитовидной железы).

Рис. 2. Пожизненный атрибутивный риск (LAR), полученный с использованием моделей Публикации 103 МКРЗ [4] и Публикации 152 МКРЗ [5] для российского населения (данные 2013 г. [10] и 2021 г. [11]) после 5 обследований женщины на компьютерном томографе.

Таблица 3

Отношения пожизненных радиационных рисков (LAR) заболеваемости ЗНО от процедур КТ, рассчитанных с использованием моделей Публикаций 103 МКРЗ [4] и Публикации 152 МКРЗ [5] и при различных фоновых показателях заболеваемости ЗНО российского населения (за 2013 г. [10] и за 2021 г. [11])

Отношения LAR	Пищевод	Желудок		Толстый кишечник		Печень	Лёгкие	Молочная железа	Яичник	Мочевой пузырь	Щитовидная железа	Красный костный мозг
	Однократное прохождении КТ грудной клетки пациенткой в возрасте 20 лет
LAR 2021 (152 МКРЗ)/ LAR 2013 (103 МКРЗ)	1,07		0,96		1,26	1,14	1,18	1,10	0,00	0,00	0,88	0,97
LAR 2021 (152 МКРЗ)/ LAR 2021 (103 МКРЗ)	1,00		1,00		1,00	1,00	1,00	1,01	0,00	0,00	1,00	1,53
	Многократное прохождение процедур КТ пациенткой: грудного отдела в 20 лет, малого таза в 25 лет, малого таза в 30 лет, плечевого пояса в 45 лет, грудного отдела в 50 лет
LAR 2021 (152 МКРЗ)/ LAR 2013 (103 МКРЗ)	1,26		1,10		1,15	1,33	1,28	1,17	1,08	1,25	1,37	1,01
LAR 2021 (152 МКРЗ)/ LAR 2021 (103 МКРЗ)	1,09		1,02		1,00	1,03	1,05	1,04	1,00	1,00	1,10	0,91

Видна тенденция, когда в случае увеличения числа проводимых процедур, даже с использованием идентичных половозрастных показателей заболеваемости ЗНО для российского населения, различия в оценках риска при выборе разных моделей начинают увеличиваться. Это происходит из-за специфики медицинского облучения, когда пациент проходит многократно в течение жизни различные медицинские радиологические процедуры, и некоторые из них были, например, более 10 лет назад. Изменения в выборе модели в таком случае начинают оказывать существенное влияние на величину LAR из-за истории облучения пациента.

Тем не менее, в данной работе показано, что влияние выбора моделей на оценки пожизненных атрибутивных рисков онкологической заболеваемости солидными типами рака в случае однократного облучения при КТ не превышают 2% и в случае многократного облучения не превышают 10%.

Заключение

Международные и национальные стандарты радиационной безопасности требуют, чтобы пациент был проинформирован о возможных неблагоприятных последствиях радиологической диагностической процедуры, а также о рисках, связанных с воздействием излучения [13-15]. Такие требования делают актуальным вопрос выбора метода оценок радиационного риска, при этом сами методы постоянно совершенствуются, изменяются и дополняются. Главным инструментом долгие годы в этой области оставалась Публикация 103 МКРЗ [4], которая к 2022 г. претерпела ряд изменений и была опубликована новая редакция в виде Публикации 152 МКРЗ [5].

Специфика оценки радиационных рисков от медицинского диагностического облучения требует обязательного учёта распределения доз облучения по органам и тканям пациента, которое зависит от типа процедуры, а также накопления радиационных рисков от уже пройденных процедур.

В настоящей работе оценено влияние выбора моделей риска (в соответствии с рекомендациями МКРЗ 2007 г. [4] или 2022 г. [5]) и фоновых эпидемиологических показателей на оценки радиационных рисков от некоторых типичных процедур КТ. Для большинства органов и тканей оценки радиационных рисков ЗНО в соответствии с новыми рекомендациями МКРЗ 2022 г. [5] превышают оценки, выполненные по прошлым рекомендациям МКРЗ 2007 г. [4].

В случае прохождения пациентом одной процедуры КТ (в исследованном примере – КТ грудной клетки) различия в оценках радиационных рисков солидных ЗНО по различным органам и тканям, обусловленные только выбором моделей риска, практически не существенны и не превысили 2%.

В случае серии различных процедур КТ в течение жизни пациента выбор модели оказывает несколько более существенное влияние на оценки радиационных рисков ЗНО по различным органам и тканям: в рассмотренном примере – до 10% (для ЗНО щитовидной железы).

Совокупность факторов выбора моделей и фоновых эпидемиологических показателей может привести к различиям в оценках радиационных рисков солидных ЗНО для отдельных локализаций до 37% (для ЗНО щитовидной железы).

Отдельно следует отметить сложную трансформацию радиационных рисков лейкозов (в результате облучения красного костного мозга) при сравнении прогнозов этих рисков по моделям рекомендаций МКРЗ 2022 г. [5] и рекомендаций МКРЗ 2007 г. [4]. В данном исследовании для однократного прохождения процедуры КТ увеличение радиационного риска лейкозов при переходе к новым рекомендациям достигло 53%, однако для исследованной серии различных процедур КТ радиационные риски лейкозов при смене модели уменьшились на 9%.

Полученные результаты необходимо учитывать при разработке новых методик оценок радиационных рисков ЗНО, обусловленных диагностическим облучением пациентов. В дальнейших работах предполагается более подробное исследование влияния новых рекомендаций МКРЗ 2022 г. на изменения в оценках потенциальных радиационных рисков от различных процедур КТ.