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辐射致癌是一种随机性效应[1],目前还没有临床特异性的鉴别方法来判断癌症是否由辐射诱发[2],这给受职业照射的患癌人员的职业赔偿带来了困难。目前,各国普遍采用Bond于1959年在美国第13届索赔律师年会报告中提出的病因概率(probability of causation,PC)概念作为赔偿依据[3]。PC的计算涉及到超额相对危险(excess relative risk,ERR)或超额绝对危险(excess absolute risk,EAR),而其得出需要根据大量流行病学资料,建立合理的估计模型及模型参数。
辐射致癌的流行病学资料,特别是低剂量辐射致癌的人群流行病学资料缺乏。日本原子弹爆炸幸存者终身队列研究(life span study,LSS)是各个机构建立模型、拟合参数使用的主要数据。然而,建立的模型并不能直接应用到生活方式、环境和人种遗传背景等因素不同的其他国家,因此各个机构及组织在结合以往研究成果的基础上,提出了基于相加模型和相乘模型的人群转移模型及转移系数。下面就对各个机构提出的辐射致癌及人群转移模型进行综述。
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BEIR主要致力于低剂量照射对人类辐射效应的研究,迄今已发表7版报告。其中主要模型有以下4种:
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BEIR基于4组氡照射矿工数据,包括459例肺癌死亡者,受调查人员追踪达50万人/年,最终建立了受照后经过时间修正的相对危险模型[6],该模型认为肺癌超额危险度同受照年龄和停止照射时间相关[7],肺癌总危险度r(a)的危险模型如下:
r(a)= r0(a)[(1+0.025γ(a)(W1+0.5W2)]
r0(a)为危险度基线值,随性别、吸烟状况和时间变化; γ(a)为年龄相关因子; W1、W2分别代表累积照射量。
BEIR IV报告中的受照后经过时间修正的模型认为氡的影响随着年龄增加而下降,反映了照后经过时间以及发病年龄(到达年龄)的影响[6]。
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BEIR V[8]于1990年提出新的危险估计模型和PC计算模型,利用日本放射线影响研究所原子弹爆炸幸存者1950-1985年的病死率数据,使用DS86器官剂量体系,采用Cox回归分析。BEIR V模型是改良的相乘模型,用年龄和照射后经过时间等因素修饰剂量增加函数。基本公式为:
R(d)=R0[1+f(d)g(β)]
R(d)为年龄别癌症危险,R0为年龄别基线率; f(d)为剂量d的函数; g(β)为受照年龄、发病年龄(到达年龄)、照后经历时间、性别等变量对f(d)的修饰因子。白血病剂量外推用线性平方模型[9]: f(d)=a1d+a2d2,其中,a1、a2为常量; 其余使用线性模型: f(d)=a3d,其中,a3为常量。
BEIR V中采用改良的受照后经过时间修正的相对危险模型,采用新的危险估计资料,便于分层分析,较少受到癌症登记遗漏和基线率差别的影响,便于人群转移[8]。其缺点是给出的癌症种类少,PC参数少,有待继续补充[10]。
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1999年的BEIR VI报告[11]基于11个地下矿工队列2700例肺癌患者的流行病学资料,受调查者达120万人/年。该报告把系数K调整为1。该模型能够计算在不同氡暴露浓度或暴露持续时间下单位危险度的增加。模型如下:
$ \mathrm{ERR}=\mathtt{β}(\mathrm{a})\left(\mathrm{W}_{5-14}+\theta_{15-24} \mathrm{W}_{15-24}+\theta_{25+} \mathrm{W}_{25+}\right) $ β(a)为发病年龄(到达年龄)a的危险系数; 暴露窗口W5-14、W15-24和W25+分别表示各时间长度氡累积暴露量; θ15-24和θ25+为氡累积暴露量对总危险度的相对贡献。
为了解决BEIR IV以及BEIR VI中浓度模型和间期模型在估算危险度时带来的差异,2003年美国环境保护署根据BEIR VI的报告将两种模型进行平均化处理,提出改进模型[12]:
$ \operatorname{ERR}(\mathrm{a})=\mathtt{β}(\mathrm{a})\left(\mathrm{W}_{5-14}+\theta_{15-24} \mathrm{W}_{15-24}+\theta_{25+} \mathrm{W}_{25+}\right) \mathtt{ϕ}_{\mathrm{age}}(\mathrm{a}) \mathtt{γ} \mathrm{z} $ β(a)为发病年龄(到达年龄)a的危险系数; W5-14,W15-24和W25+表示各段年龄的氡累积暴露量; θ15-24和θ25+为各段暴露后经过时间的效应修正因子; ϕage(a)γz为暴露率和暴露间期的效应修正因子。
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在2006年发布的新的低剂量电离辐射健康效应报告[13]中,实体癌模型的建立主要基于1958-1998年LSS数据,使用DS02剂量体系。除甲状腺癌和非黑色素瘤皮肤癌以外的实体癌超额危险模型为:
ERR(d,s,e,a)或EAR(d,s,e,a)= βs d exp(γe*)aη
d为剂量; βs为性别s相关参数; e为受照年龄; a为发病年龄(到达年龄); e*=min(e-30,0)。该模型与日本放射线影响研究所实体癌风险模型相似[13]。
针对女性乳腺癌和甲状腺癌,基于包括LSS数据在内的多个数据样本,使用类似的模型进行分析,并给出了拟合的参数。女性乳腺癌ERR模型如下:
ERR/Sv=β(a/60)-2
a是发病年龄(到达年龄),基于LSS和美国人群分析得到的β值分别为1.46和0.51[13]。以Preston等[14]关于女性乳腺癌研究为基础的EAR模型如下:
EAR/(104人·年·Gy)= 9.9exp[-0.25(e-30)](a/50)η
e代表受照年龄; a代表发病年龄(到达年龄); a≥50时,η为3.5;9.9代表总体风险水平。该报告在计算终生危险时,更倾向于使用EAR模型。
甲状腺癌的ERR模型如下:
ERR/Gy=βexp[γ(e-30)]
e是受照年龄; γ=-0.083;β为性别相关系数,男性和女性分别为0.53和1.05。
对于白血病,基于1950-2000年LSS队列中白血病的病死率数据,模型如下:
ERR(d,s,e,t)=βsd(1+θd)exp[γe*+δlog(t/25)+Φe*log(t/25)]
d为骨髓剂量; s为性别; e为受照年龄; e*=min[(e-30)/10,0];t是照后经历时间; βs为性别相关系数; θ为曲线曲率,同性别、受照时间、照后经历时间无关; θ、γ、δ、Φ为相关参数,通过数据拟合得到。
辐射致癌危险模型及人群危险转移研究概况
Research advances on risk models of radiogenic cancer and risk transfer models between population
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摘要: 对日本原子弹爆炸幸存者队列的流行病学研究,是各国进行辐射危害评价及赔偿的主要依据。依据流行病学数据建立模型,定量计算辐射危险,使该结果的应用更加明确。近年来随着日本原子弹爆炸幸存者队列数据资料的进一步搜集、方法学的不断完善,模型的研究也取得了新的进展。该文对迄今为止各个主要致力于辐射致癌研究的机构给出的辐射致癌模型及人群危险转移进行综述,简要介绍建立模型及转移时考虑的因素,以期为我国辐射致癌赔偿相关应用提供参照。Abstract: The epidemiology study on Japanese Life Span Study Cohort is the main basis of radiation risk assessment and compensation for many countries.The models based on epidemiology data can calculate risk quantificationally, and provide explicit result for application.Recent years, with the data collection of Japanese Life Span Study Cohort and advancement of methodology, studies on risk model have made a great progress.The paper summarizes the models of radiogenic cancer and risk transfer models between populations which are established by the main institutions of radiation related cancer research, and briefly introduces the main considerations when establishes the model and transfers the risk between populations.In order to provide reference for the application of carcinogenic compensation related to radiation in china.
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