利用怀孕女性人体模型研究来自母体光子源的胎儿器官特异性吸收分数

《Radiation Physics and Chemistry》：Fetal organ-level specific absorbed fractions from maternal photon sources using pregnant female phantoms

胎儿辐射剂量估算方法及数据集构建；母体-胎儿SAF数据集；解剖学模型；妊娠阶段覆盖；器官特异性剂量；辐射防护；蒙特卡洛模拟；辐射安全评估；临床决策支持；剂量优化

　　这项研究旨在为孕妇在暴露于辐射的情况下提供更精确的胎儿辐射剂量估算，这是保护发育中的胎儿的关键。目前的工具在胎儿器官层面的剂量估算方面缺乏足够的解剖细节，而这种细节对于辐射防护和器官特异性风险评估至关重要。研究人员开发了一套全面的数据集，包含从母体源到胎儿目标区域的光子特定吸收分数（SAFs），该数据集基于具有详细胎儿模型的解剖学现实的混合孕妇虚拟人体模型，涵盖了8至38周的八个孕期阶段。数据集覆盖了70个母体源区域和55个胎儿目标区域，提供了迄今为止最详细的胎儿器官剂量估算。

研究团队分析了弦长分布，以表征母体与胎儿器官之间的空间关系。SAFs的数值高度依赖于解剖位置的接近程度：那些与胎儿相邻的母体器官（如胎盘、羊水和膀胱壁）即使在低光子能量下，也能产生较高的SAFs（>10?1 kg?1）。相比之下，距离较远的母体器官（如甲状腺和肝脏）产生的SAFs值较低（<10?2 kg?1）。研究还发现，随着时间推移，SAFs呈现出不同的变化趋势：来自远处源的SAFs随孕期增加而上升，而来自相邻器官的SAFs则因胎儿体重增长而下降。此外，SAFs在不同胎儿器官之间存在显著差异，反映了复杂的母体与胎儿解剖关系。在某些情况下，胎儿整体SAFs与个体器官SAFs之间存在明显差异，这突显了在内部剂量估算中进行器官特异性评估的重要性。

与现有数据集相比，该研究的SAFs提供了更高的解剖现实性、连续的孕期覆盖以及更详细的目标区域定义。这些改进有助于更准确地进行胎儿器官层面的剂量评估，从而支持临床决策、流行病学研究以及为孕妇群体制定辐射防护指南。研究人员采用了一种新的方法，通过结合详细的解剖模型和蒙特卡洛辐射传输模拟，计算出更精确的SAFs。这种方法不仅提高了数据的准确性，还增强了其在不同应用领域的适用性。

本研究中使用的孕妇和胎儿虚拟人体模型来源于佛罗里达大学（University of Florida）开发的一系列模型，这些模型涵盖了8至38周的八个孕期阶段。通过手动分割高分辨率的磁共振成像（MRI）和计算机断层扫描（CT）图像，研究人员构建了两个胎儿解剖模型，分别代表了11.5周和21周的胎儿。38周的胎儿模型则是基于新生儿模型进行扩展的。这些模型不仅在解剖结构上具有更高的准确性，还能够更好地反映胎儿在不同发育阶段的特征，从而为SAFs的计算提供更可靠的基础。

研究团队对选定的母体源区域到胎儿整体的平均弦长进行了分析，并展示了这些弦长在不同孕期阶段的变化情况。图中所呈现的弦长分布显示，与胎儿相邻的器官（如胎盘、羊水和膀胱壁）的平均弦长较短（在20周模型中，弦长小于10厘米），反映了它们与胎儿之间的近距离关系。而一些距离较远的母体器官（如肾脏和胃壁）则表现出较长的弦长。这种弦长分布的分析有助于更精确地估算辐射在母体和胎儿之间的传播路径，从而提高剂量估算的准确性。

SAFs的计算还揭示了胎儿器官之间的剂量分布差异。例如，胎儿骨骼、肝脏和大脑等器官的SAFs存在显著不同，这表明不同器官对辐射的吸收能力存在差异。这种差异在孕期后期尤为明显，因为此时胎儿的体型更大，解剖结构更加分化。因此，缺乏对详细胎儿器官的SAFs计算，会限制对胎儿器官层面剂量的准确估算，并阻碍对器官特异性辐射相关风险的严谨评估。研究团队特别关注了光子的交叉照射，即从母体源器官到胎儿目标器官的光子辐射传播过程，这为胎儿内部剂量估算提供了新的视角和工具。

此外，该研究的SAFs数据集还具有更广泛的应用价值。它不仅适用于临床诊断和治疗中的剂量估算，还能够为流行病学研究和公共健康政策提供支持。随着先进核医学技术的不断发展，如使用氟-18氟脱氧葡萄糖（1?F-FDG）的正电子发射断层扫描（PET）在孕妇中的应用逐渐增加，准确的胎儿辐射剂量估算变得尤为重要。研究人员通过构建更加精确的虚拟人体模型，不仅提高了数据的可靠性，还增强了其在不同应用环境中的适用性。

在方法学上，研究团队采用了先进的计算技术，包括蒙特卡洛模拟和高分辨率的医学影像数据，以确保SAFs的计算能够准确反映实际的辐射传播情况。这种方法不仅提高了数据的准确性，还为未来的剂量估算研究提供了新的范式。通过分析不同孕期阶段的SAFs数据，研究人员能够更好地理解胎儿在不同发育阶段对辐射的敏感性，并为制定更科学的辐射防护措施提供依据。

该研究的成果还表明，胎儿器官层面的剂量估算对于评估长期健康影响具有重要意义。研究表明，孕妇在孕期暴露于医疗辐射可能会导致一些长期的健康问题，如神经发育障碍、先天畸形和癌症风险的增加。因此，准确的胎儿辐射剂量估算不仅有助于个体风险评估，还能够为公共健康政策和临床实践提供支持。通过构建全面的SAFs数据集，研究人员能够更准确地估算胎儿在不同器官和不同孕期阶段的辐射剂量，从而为医疗、环境和应急情况下的辐射防护提供更可靠的依据。

在实际应用中，这些SAFs数据集可以用于优化医疗辐射的使用，例如在使用PET等核医学技术时，确保胎儿的辐射暴露尽可能减少，同时保持诊断的有效性。此外，这些数据还能够为流行病学研究提供支持，帮助研究人员更好地理解孕期暴露于辐射与健康影响之间的关系。通过这些数据，还可以为孕妇群体制定更加科学的辐射防护指南，确保在需要进行医疗检查或治疗时，能够采取适当的防护措施，保护胎儿的健康。

研究团队的贡献还包括对现有数据集的改进。他们不仅扩展了孕期阶段的覆盖范围，还增加了母体源区域和胎儿目标区域的数量，从而提高了数据的全面性和准确性。此外，研究人员还特别关注了胎儿骨骼的建模，确保其能够准确反映骨髓的辐射吸收情况，这对于评估因骨寻性放射性核素暴露而引发的癌症风险（如白血病或淋巴瘤）至关重要。通过这些改进，研究人员为胎儿辐射剂量估算提供了更加可靠的工具，同时也为未来的相关研究奠定了基础。

总之，这项研究通过构建更加精确的虚拟人体模型，提供了全面的胎儿器官层面剂量估算数据，填补了当前研究中的空白。这些数据不仅提高了对胎儿辐射剂量估算的准确性，还增强了其在不同应用领域的适用性。通过分析弦长分布和SAFs的变化趋势，研究人员能够更好地理解母体与胎儿之间的辐射传播机制，为制定更科学的辐射防护措施提供依据。这些成果对于保障孕妇和胎儿的健康，特别是在需要进行医疗检查或治疗时，具有重要的意义。