诊断影像的环境影响：儿科放射科医生的机遇

引言

气候变化主要由人为温室气体排放（GHGs）引起，对地球环境产生广泛的不良影响，并因此对患者健康造成负面影响。尽管气候变化威胁着社会几乎所有方面，但其负面影响对儿童及其他脆弱人群的影响尤为严重[1]。

此类影响以直接和间接方式影响儿童的健康与福祉。直接影响包括天气模式改变所带来的负面影响，其范围可能十分广泛[1]。例如，更频繁且日益恶化的热浪会增加发病率和总体死亡率，尤其是对婴幼儿[2]。洪水频率和严重程度的增加可导致溺水和伤害发生率上升[3]。野火增多可加重呼吸系统健康问题并增加传染病风险[1, 4]。

气候变化对儿童健康的间接影响同样广泛。气温升高与多种传染病发病率上升相关，例如疟疾和登革热等媒介传播疾病[1]。空气污染恶化——其成因是多因素的，包括温室气体和毒素排放以及干旱和野火增加——也可能加重呼吸系统健康问题[1, 5]。天气模式改变可能增加粮食和水资源不安全以及营养不良的发生率，而儿童对此尤为脆弱。最后，更为遥远的间接影响可能包括儿童贫困率上升，这可能对儿童的健康与福祉产生长期负面影响[6]。鉴于这些风险，美国儿科学会近期指出，未能对气候变化采取“及时、实质性的行动”“将是对所有儿童的一种不公正行为”[7]。

医疗保健本身占全球温室气体排放的4.4%、美国温室气体排放的8.5%，而放射学因其巨大的碳足迹而贡献了不成比例的比例[8–11]。事实上，仅医学影像估计就占全球所有温室气体排放的1%[12]。因此，儿科放射科医生必须了解医学影像的环境影响，并努力寻求减少其影响的方法，以保护我们星球和患者的健康。本综述旨在概述放射学负面环境影响的最大驱动因素，并讨论减少这些影响的潜在策略。

衡量放射学的环境影响

近年来，放射学对行星健康的贡献日益受到关注，已有多种方法用于量化其影响[13]。准确的测量对于理解其环境影响的范围、制定循证干预措施以及随后评估此类干预措施的有效性至关重要。评估放射学环境影响的最常用方法详述如下。重要的是，尽管某些类型的分析相当全面，但其范围仍可能因分析实施方式而异，而地理差异（如当地电网的构成）可导致温室气体排放的差异[13, 14]。

生命周期分析

生命周期评估（LCA）是一种综合方法，用于评估某一过程或产品在整个生命周期内的总环境影响。LCA从资源开采开始，延续到制造和分销，延伸到产品的实际使用，最终以处置结束。除了计算产品或过程的温室气体（GHG）排放外，LCA还可评估其他环境影响，包括对水资源使用、臭氧消耗、富营养化或致癌物生成的贡献。例如，对放射科使用MRI的LCA可能不仅包括机器的能耗，还可能包括机器的生产和分销、静脉造影剂的生产、布草的生产和洗涤，以及放射科工作站和数据存储的能耗 [15]。目前针对影像科室的LCA研究相对较少，限制了我们全面了解放射学的环境影响的能力 [13]。

碳足迹评估

评估某一设备或过程的碳足迹侧重于估算GHG排放，可评估排放的直接和间接原因，从制造到电力使用再到废物产生 [11]。与LCA不同，碳足迹评估仅关注GHG排放，而非其他环境影响。然而，此类分析仍可相当全面，因为放射学中的重大环境影响由直接GHG排放造成，如机器和设备的能耗、患者运输以及供暖、照明和制冷系统 [11]。

能耗分析

能耗分析专门关注放射学设备所使用的电力。放射学领域大多数既往研究集中于放射学设备（如成像机器和/或诊断工作站）运行期间的能耗，通常通过直接测量（如功率计或电流传感器）进行 [13, 16–18]。虽然能耗是放射学环境影响的主要因素，但其全面性不如碳足迹评估或详细的LCA。

废物审计

废物审计量化某一给定过程产生的所有类型的废物。通常包括包装材料、一次性用品和其他废物，如病理废物或放射性废物 [19]。这些信息有助于识别减少或回收废物的潜在途径。废物分析可能对评估介入放射学操作特别有用，因为一次性用品在这些操作中很常见 [19–22]。

成像方式的环境影响

目前，我们关于放射学环境影响的几乎所有知识均来自成人影像科室 [13]。鉴于设备使用和流程的相似性，各成像方式环境影响的一般主题在成人和儿童影像科室之间可能相似（图1和图2）。

磁共振成像/计算机断层扫描

磁共振成像（MRI）迄今为止在任何成像方式中产生的温室气体排放最多，其次是计算机断层扫描（CT）[13, 14]。例如，一台普通MRI设备仅能源消耗每年就排放51.5公吨二氧化碳当量（CO2e），而一台普通CT设备每年因能源消耗排放11.8公吨CO2e（远高于普通X射线或超声（US）设备的每年0.7和0.3公吨CO2e [13]。这些影响主要来自日常运营用电[14–16]。在最近一项对成人影像科的评估中，仅MRI和CT扫描仪的能源使用就分别占该科室总排放量的38%和10%[14]。重要的是，这些设备即使在非活跃扫描模式下也会消耗大量能源。事实上，“待扫描”但未占用模式所消耗的能源对其整体能源消耗的贡献大于活跃扫描模式[15]。在一项研究中，MRI设备高达75%的能源消耗发生在低功耗或“待扫描”模式下，而仅25%的能源消耗发生在活跃扫描期间[15]。同样，CT扫描仪高达77%的能源消耗可来自低功耗或“待扫描”模式[15]。尽管CT和MRI在待机或关机模式下仍消耗能源，但已表明切换到这些模式可带来显著的能源节约[13, 23]。例如，仅将MRI设备夜间关机就可使扫描仪的能源使用减少25–33%[15, 23]。

制造MRI和CT扫描仪的能源消耗和排放也对其环境影响有所贡献，远大于X射线和超声设备的生产[14, 24]。具体而言，MRI和CT设备的制造分别占其排放量的10%和17%[15]。除能源消耗外，CT和MRI扫描仪的生产还在致癌性和生态毒性领域造成负面环境影响[15]。

MRI和CT成像的显著环境成本还源于所用一次性物品的生命周期，如定位装置、手套、静脉输液起始套件、拖鞋、布类和对比剂[15]。事实上，已发现一次性用品分别占MRI和CT检查室全部温室气体排放的26%和16%[15]。重要的是，这些用于CT和MRI扫描的一次性物品不仅造成温室气体排放，还造成臭氧消耗和化石燃料枯竭等影响[15]。

对比剂材料有其自身的环境问题。碘化对比剂经常进入废水并持续存在，因为它们抵抗标准处理工艺[25]。钆也已在自来水和碳酸饮料中被发现[26]。对比剂在天然水源中的积累可产生有害副产物，构成生态风险（如毒性、酸化、富营养化）和潜在的人类健康影响[25, 26]。

透视和X射线摄影

尽管放射摄影和透视检查是全球范围内使用最广泛的成像方式之一，尤其在儿科放射学中，但与其他成像方式相比，人们对其环境影响的了解较少[9, 14, 27]。虽然其总体影响低于CT和MRI，但透视检查和放射摄影的影响不可忽视。例如，在一个成人放射科中，放射摄影和透视检查仍占该科室全部温室气体排放的12%（10年期间0.55 kt CO2e）[14]。虽然儿科放射中心尚无类似数据，但鉴于X射线在儿科患者中的频繁使用，此类研究可能表明其在儿科放射学温室气体排放中占类似甚至更大的比例。

与CT和MRI类似，放射摄影和透视检查设备的能耗是其温室气体的最大驱动因素。虽然非活跃扫描模式下的能耗是所有成像方式共同的问题，但透视检查设备尤其可能在高比例时间内处于低功率模式，因为大多数透视检查在常规工作时间内进行[28]。在最近一项对成人放射科扫描仪使用情况的评估中，透视扫描仪高达92%的时间处于非扫描模式，在此期间其能耗占总功耗的90%以上[14, 27]。

放射摄影和透视检查服务产生的所有排放中，近四分之一来自布类用品的生产和洗涤，其中洗涤产生的排放约为生产的两倍[27]。可能用于覆盖扫描床、每位患者使用后均需洗涤的平单对这些影响的贡献最大。扫描仪和布类用品的生产还会造成温室气体之外的其它负面环境影响，包括臭氧消耗化合物排放、酸化、烟雾和致癌物[14, 27]。

超声

除X线摄影外，超声可能是儿科患者中第二常见的成像方式[29, 30]。与MRI、CT甚至放射摄影相比，超声的温室气体排放总体较少[13, 14, 18, 31]。具体而言，每次超声扫描的平均碳排放估计为1.1 kg CO2e，而MRI为14.7 kg CO2e，放射摄影为1.4 kg CO2e[27]。

与其他成像方式不同，超声设备的能耗总体上是其环境影响的一个次要驱动因素。相反，布类用品的生产和洗涤以及一次性用品的使用是温室气体排放更为重要的来源，分别占该成像方式总排放的约35%和34%[31]。对超声环境影响贡献最大的一次性用品包括耦合剂、手套和探头套[31]。除温室气体外，一次性用品还具有其他负面环境影响，包括臭氧消耗、非致癌性排放和生态毒性，主要来自其生产过程[31]。例如，对苯二甲酸——一种用于制造各种纺织品和塑料包装的前体材料，几乎用于超声中每一种一次性用品——的生产过程通常会产生其他臭氧消耗化合物。

介入放射学

与诊断放射学一样，介入放射学（IR）是一个资源密集型专业，对气候变化负有贡献。一项生命周期评价（LCA）发现，仅在5天内，一家医院的介入放射学实践就排放了23,500 kg CO2e，相当于驾驶59,000英里所产生的排放（供参考，美国人平均每年驾驶约13,500英里）[20]。排放的主要来源是用于驱动气候控制系统的能源、用于驱动成像设备的能源，以及一次性手术用品制造和运输过程中的排放。

与CT和MR一样，血管造影机即使在不使用时也会消耗大量能源。一项研究发现，一台介入放射学血管造影机所消耗能源的76%是在机器处于空闲或待机模式时消耗的，凸显了当前做法的浪费性[17]。

仅一次性手术用品就产生了介入放射学科室约40%的温室气体排放[20]。手术室和介入放射学手术间中打开的许多用品未被使用，并无必要地加剧了环境危害[32–34]。

放射科中其他环境危害来源

除了成像设备和获取影像检查所需用品的能源消耗与制造之外，儿科放射学的其他几个方面也对其环境影响负有贡献。

诊断工作站的能源消耗以及数据存储设备的生产和使用所需能源也对放射学的环境影响负有贡献，尽管其影响低于大多数诊断成像设备，尤其是CT和MRI [14, 31]。例如，在一个成人放射科中，工作站和数据存储贡献了该科室温室气体的12%（10年期间为0.57 kt CO2e），而MRI贡献了48%，CT贡献了24% [14]。与成像机器一样，诊断工作站即使在不活跃使用时也可能消耗大量能源[35]；在一项研究中，关闭包括PACS工作站、打印机和显示器在内的设备每年节省了9.26 MT CO2e [35]。

儿科放射学中可能对其环境足迹负有贡献的另一个方面是可能需要进行麻醉，尤其是对于MRI检查。尽管儿科MRI中麻醉使用的直接贡献尚未被研究，但估计有25–45%的儿童在MRI检查时需要麻醉，不过近年来已尝试降低这一比例[36–38]。常用于儿科镇静的吸入麻醉药，特别是地氟烷和一氧化二氮，是比二氧化碳强得多的温室气体，并已被证明可贡献高达儿童医院温室气体的7% [39]。

人工智能（AI）模型的临床使用相对较新且发展迅速。因此，人们对其在放射学环境影响的总体贡献知之甚少。然而，已知某些AI应用，特别是大型语言模型（LLM），在使用时需要消耗大量能源[40]。尽管没有关于AI模型在放射学中使用的具体数据，但仅一个LLM（GPT-4）训练阶段的排放量估计就在12,456吨至14,994吨CO2e之间[41]。不幸的是，LLM推理阶段使用的能源随其使用量而扩展，因此可能远远超过训练阶段[40, 41]。例如，对于GPT-3，鉴于估计的每日用户数量，推理阶段消耗的电力在不到2.3天内就会与训练阶段相当[41]。尽管LLM需要消耗能源，但仍可采取措施减轻这些系统的环境危害，例如使用更少或更节能的中央处理器、压缩存储数据，以及减少执行类似任务的冗余AI模型的使用和开发[40]。

相反，AI也可以作为一种工具来减少影像科的环境影响。例如，基于AI的程序可以显著缩短MRI扫描时间并优化患者预约安排以减少扫描仪空闲时间，临床决策支持工具可以帮助减少不必要或低价值的影像检查[40]。随着这些工具的开发和实施，需要进一步研究以准确界定其价值和总体环境影响。

关于员工和患者前往影像中心的交通对儿童和成人群体中放射学总体环境影响的贡献，目前知之甚少。然而，据估计，患者交通约占美国医疗服务温室气体排放的6.4%[42]。在一项关于法国某成人核医学科环境影响的研究中，估计67%的排放来自患者和工作人员的出行[43]。鉴于儿科患者可能需要在专科中心接受诊疗，他们可能需要长途跋涉就医，尤其是那些居住在农村社区的患者[44]。虽然与患者诊疗服务不直接相关，但放射科医生和工作人员参加专业会议和求职面试的出行影响也可纳入放射学的碳足迹考量[45]。最近一项对RSNA会议飞机相关碳排放的估计为3950万千克CO2e[45]。

减排机会

在减少儿科放射科的环境影响方面存在大量机会。值得注意的是，我们可以利用儿科放射学的一些独特方面来推动我们科室的变革。此外，成人放射科也可以借鉴儿科放射学中使用的常见原则，以减少其影像实践的影响。例如，儿科放射科医生与转诊提供者的密切关系以及我们在减少儿童辐射暴露方面的经验，可用于在可行时促进使用低影响方式，如超声。我们减少镇静和静脉造影剂使用的动力可用于帮助制定干预措施，这些措施同时减少影像对环境造成的危害，例如使用低影响方式或使用尽可能短的方案来回答特定临床问题。

儿科放射科医生也具有独特的优势来专注于减少影像对环境造成的危害，因为他们作为儿童整体健康和福祉倡导者的角色[46]。由于儿童对气候变化的影响格外脆弱，行星健康可被视为公共卫生和健康公平问题。因此，儿科放射科医生在倡导气候变化缓解策略方面可以发挥宝贵作用。

许多潜在干预措施适用于所有方式或整个放射科。儿科放射科医生应继续努力减少不必要或低价值的影像检查，并在仍能回答临床问题的前提下使用尽可能低能耗的方式（表1）。临床决策支持工具，包括那些将环境影响考虑在内的工具，也将有用。减少静脉造影剂使用的技术，例如实施多剂量瓶、维持多样化的单次使用瓶库存或使用无注射器造影剂注射器，可能显著减少浪费，并已在放射科内以小规模成功实施[47]。若干机构还参与造影剂制造商提供的碘回收项目。

由于扫描仪即使不在扫描模式下也可能消耗大量能源，专注于减少其未使用时的能耗可能产生重大影响[14]。例如，在夜间和周末关闭IR机器每年每台血管造影设备可能节省超过4公吨CO2e[17]。在一家机构中，夜间关闭MRI机器显著降低了电力消耗，每年可减少8.7–14.9公吨CO2e的排放[23]。科室还可以与供应商合作开发能够更快转入低功耗模式或关闭模式的扫描仪[12, 16]。改进排程和患者周转流程是减少能源使用的另一种方式。此外，科室在做出采购决策时可以考虑供应商的整个生命周期能源使用[12]。

通过在不使用时关闭空闲设备（如工作站和打印机），可以实现节能[35]。数据存储实践也可以受到审查；可以考虑分层数据存储系统——虽然经常访问的数据可以存储在更快的存储设备上，但可以使用更慢、更节能的设备来存储不经常使用的数据[40]。卫生系统还可以确保他们使用适当的数据压缩技术。

在介入放射学（IR）机房中，当房间不使用时，应允许气候设定自由漂移。虽然介入放射学机房在使用期间必须将温度、湿度和换气次数维持在严格参数范围内，但房间空闲时允许气候设定漂移。目前，大多数执业机构在房间无人时不调低气候设定，这导致大量能源浪费[20]。通过安装占用传感器并自动调低气候控制设定，手术室已将能耗降低多达70%，且未增加感染风险[48, 49]。改造设备所需的投资可通过节能迅速收回成本[49]。

如果成像或操作需要镇静，限制地氟烷和一氧化二氮的使用将产生显著影响[39]。事实上，一家儿童医院最近开展的一项可持续性质量改进项目使手术室吸入麻醉产生的温室气体排放量在5年内减少了87%[39]。

为减少手术耗材的环境影响，执业机构应努力减少使用量。对于介入放射学操作，为不同复杂程度的操作制作不同的预组装设备托盘、为常见操作开发医生专属的设备偏好卡，以及培养仅在需要时才打开耗材的文化，可以减少浪费[50–52]。尽量减少冗余库存并优先使用临近有效期的设备，可降低耗材在使用前过期的可能性，并已在真实 world 条件下被证明可减少浪费[53]。从一次性个人防护装备和手术耗材转向可再处理和重复使用的设备，可以减少排放，尤其是在电力主要来自可再生能源和天然气的地区[51, 52]。

减少放射学环境足迹的其他机会包括：(a) 倡导更清洁的能源电网；(b) 将成像设备从线性更换转为循环更换。循环方法通过再利用、回收和翻新已在使用的现有扫描仪的部件，最大限度地减少原生材料的使用[54]。

虽然减少医学成像环境影响有众多潜在领域，但必须承认，某些策略的实施确实存在障碍。一些干预措施，例如需要与政策制定者、当地公用事业公司或大型供应商合作的措施，需要机构支持，而机构支持可能不足。缺乏资金和领导层支持以及时间不足也是真实障碍，可能限制个别放射科医生实施其中一些变革的能力[55]。

结论

鉴于我们的患者群体对气候变化影响的脆弱性，我们呼吁儿科放射科医生减少我们专业造成的环境影响。我们还建议我们的专业开展更多聚焦于儿科人群的可持续性研究，认识到“儿童不只是小成人”这一永恒箴言。通过进一步研究、循证干预和倡导，我们可以减少成像的环境危害，同时保护儿童的健康和福祉。