放射治療技術(shù)放射生物

放射治療技術(shù)放射生物第1頁/共54頁內(nèi)容復(fù)習：1、放療是利用的X射線怎樣的物理特性？2、高能電子線的主要用途？3、簡述臨床劑量學四原則？4、對于高能X射線和60鈷γ射線的影響因素分別是什么？5、選擇電子線能量大小的根據(jù)及計算方法？第2頁/共54頁第三章

臨床放射生物學基礎(chǔ)第3頁/共54頁學習要點掌握內(nèi)容：放射生物學的概念熟悉內(nèi)容：臨床放射生物學效應(yīng)、“4R”了解內(nèi)容：劑量分割、提高生物學效應(yīng)的方法、加溫治療第4頁/共54頁一、放射生物學的基本概念二、臨床放射生物學效應(yīng)三、放射治療的時間、劑量分割模式四、提高放射生物學效應(yīng)的方法五、加溫治療的原理及應(yīng)用第5頁/共54頁射線為什么能夠殺死腫瘤細胞？第6頁/共54頁放射生物學概念放射生物學是研究電離輻射在集體、個體、組織、細胞、分子等各種水平上對生物作用的科學。涉及范圍：原初反應(yīng)（光能的吸收與傳遞）、物理、化學和生物學方面的改變第7頁/共54頁

電離：將電子從基態(tài)激發(fā)到脫離原子。電離輻射：是指波長短、頻率高、能量高的射線（粒子或波的雙重形式），是一切能引起物質(zhì)電離的輻射總稱第8頁/共54頁帶電的粒子通過物質(zhì)時，和物質(zhì)中原子殼層的電子碰撞，由于靜電作用，使殼層電子產(chǎn)生加速運動，因而獲得足夠的能量而變成游離電子，它與正離子構(gòu)成一個離子對。這就是電離作用。

離子對是負離子（包括電子e）與正離子的合稱。離子對是電離作用的結(jié)果。第9頁/共54頁電離輻射來源天然輻射：太陽、宇宙射線、地殼的放射性核素人造輻射：醫(yī)用設(shè)備、核反應(yīng)堆手機輻射？“非電離輻射”：能量低，不會引起物質(zhì)電離。第10頁/共54頁射線對DNA造成損害，而使細胞分裂受到阻礙，導(dǎo)致細胞分裂失敗或細胞損傷。第11頁/共54頁傳能線密度電離輻射貫穿物質(zhì)時，因碰撞而發(fā)生的能量轉(zhuǎn)移，直接電離粒子在其單位長度徑跡上消耗的平均能量。第12頁/共54頁百分深度劑量是描述射線中心軸不同深度處相對劑量分布的物理量。傳能線密度是描寫射線質(zhì)的一種物理量。第13頁/共54頁相對生物效能引起某一生物效應(yīng)所需劑量與所觀察的輻射引起引起同一生物效應(yīng)所需劑量的比值第14頁/共54頁自由基與活性氧自由基：機體氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的有害化合物，具有強氧化性，可損害機體的組織和細胞，進而引起慢性疾病及衰老效應(yīng)。第15頁/共54頁活性氧是指氧的某些代謝產(chǎn)物和一些反應(yīng)的含氧產(chǎn)物。O2–、H2O2

、-OH是體內(nèi)活性氧的主要形式。自由基與活性氧第16頁/共54頁自由基對DNA的損傷自由基對生物膜的損傷自由基與活性氧第17頁/共54頁氧效應(yīng)：受照射的組織、細胞或生物大分子的輻射效應(yīng)隨周圍介質(zhì)中氧濃度的升高而增加。氧增強比OER=缺氧條件下產(chǎn)生一定效應(yīng)所需劑量

有氧條件下產(chǎn)生一定效應(yīng)所需劑量氧效應(yīng)與氧增強比第18頁/共54頁氧效應(yīng)與氧增強比

氧效果劑量第19頁/共54頁靶學說靶學說單擊模型多擊模型單靶與多靶靶分子第20頁/共54頁電離輻射作用的三個階段（1）物理階段:10-18—10-12s射線照射路徑上的能量釋放、激發(fā)和電離（2）化學階段：激發(fā)電離，化學鍵斷裂、自由基形成，分子結(jié)構(gòu)破壞和修復(fù)正常（3）生物階段：分子結(jié)構(gòu)破壞

酶反應(yīng)

修復(fù)基因變異/癌變

DNA不能復(fù)制/

細胞死亡

有絲分裂停止第21頁/共54頁影響輻射生物效應(yīng)的主要因素輻射有關(guān)因素輻射種類：電離密度、穿透能力輻射劑量：半致死劑量，與敏感性成反比輻射劑量率：頻率，與生物效應(yīng)成正比分次照射：分次越多，生物效應(yīng)越小照射部位：腹部＞盆腔＞頭頸＞胸部＞四肢照射面積：受照面積與生物效應(yīng)成正比照射方式：內(nèi)、外、混合，多向＞單向第22頁/共54頁影響輻射生物效應(yīng)的主要因素機體有關(guān)因素種系：演化越高，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，越敏感個體發(fā)育：發(fā)育完善程度與敏感性成反比（致死、致畸）第23頁/共54頁一、放射生物學的基本概念二、臨床放射生物學效應(yīng)三、放射治療的時間、劑量分割模式四、提高放射生物學效應(yīng)的方法五、加溫治療的原理及應(yīng)用第24頁/共54頁有絲分裂期M期G1期DNA合成S期分列前期G2期正常組織的放射生物學效應(yīng)第25頁/共54頁細胞周期放射敏感性為M＞G2＞G1＞S期細胞存活曲線：通過測量受不同輻射劑量照射后，有增殖能力的細胞在體內(nèi)、外形成克隆或集落的能力，即根據(jù)其存活率的變化所繪制出的劑量-效應(yīng)曲線。（臨床意義P57）正常組織的放射生物學效應(yīng)第26頁/共54頁

細胞存活曲線是用來描述輻射吸收劑量與存活細胞數(shù)量之間的關(guān)系。細胞存活（Cellsurvival）和細胞死亡（CellDeath）的放射生物學定義：電離輻射后，細胞有兩種主要的效應(yīng)，即功能喪失和生殖能力喪失。

對于已分化不再增殖的細胞，如神經(jīng)細胞、肌肉細胞或分泌細胞，喪失其特殊功能便可認為是死亡；而對于增生細胞，如造血干細胞或離體培養(yǎng)生長的細胞，喪失維持增生的能力，也就是失去完整的增殖能力，便稱為死亡，即增殖性死亡（reproductivedeath）。第27頁/共54頁輻射所致細胞的損傷和修復(fù)放射性損傷：致死性損傷（不可修復(fù)）、亞致死性損傷（可完全修復(fù)）、潛在致死性損傷（一定條件下可修復(fù)）正常組織的放射生物學效應(yīng)第28頁/共54頁正常組織的放射耐受性耐受劑量產(chǎn)生臨床可接受的綜合征的劑量可分為最小的損傷劑量（TD5∕5）和最大損傷劑量（TD50∕5）TD5∕5（TD50∕5）：在所有用標準治療條件的腫瘤患者中治療后5年內(nèi)因放射治療造成嚴重放射損傷的患者不超過5%（50%）時的照射劑量。第29頁/共54頁第30頁/共54頁早反應(yīng)組織的特點是：組織細胞更新快，照射后損傷表現(xiàn)快，一般照射后2-3周表現(xiàn)出來，少數(shù)增殖快的組織照射后1-2天后就開始增殖。如小腸、皮膚、黏膜、生殖細胞等。晚反應(yīng)組織的特點是：細胞群體增殖很慢，增殖層的細胞在數(shù)周甚至1年或更長的時間內(nèi)不進行增殖更新。如腦組織、脊髓、腎、肺、肝等。腫瘤細胞大多數(shù)處于增殖期，其對射線反應(yīng)類似于早反應(yīng)組織。第31頁/共54頁L-Q模型（線性二次模型）是將DNA雙鏈斷裂與細胞存活曲線聯(lián)系起來的數(shù)學模型。BED（biologicallyeffectivedose）生物效應(yīng)劑量?；緮?shù)學公式

E=αd+βd2或E=nd(α+βd)

BED=nd×[1+d/(α/β)]

其中n代表分次數(shù)，d代表單次劑量（單位：Gy）第32頁/共54頁腫瘤細胞對輻射的反應(yīng)腫瘤細胞與正常細胞具有不同的反應(yīng)系統(tǒng)腫瘤的存活與有氧細胞和乏氧細胞有關(guān)放射敏感性與組織分化程度相關(guān)第33頁/共54頁腫瘤的增殖不受機體正常調(diào)控的約束

一般腫瘤內(nèi)有4種細胞。分裂細胞、靜止細胞、無增殖能力的細胞、破碎細胞腫瘤細胞對輻射的反應(yīng)（-）第34頁/共54頁

腫瘤的生長速度決定于生長分數(shù)和腫瘤細胞的生成與丟失之比，而與倍增時間關(guān)系不大。

影響腫瘤的生長速度的因素：

1）腫瘤細胞倍增時間：腫瘤群體的細胞周期也分為G0、G1、S、G2和M期。多數(shù)惡性腫瘤細胞的倍增時間并不比正常細胞更快，而是與正常細胞相似或比正常細胞更慢。第35頁/共54頁2）生長分數(shù)：指腫瘤細胞群體中處于增殖階段（S期+G2期）的細胞的比例。惡性轉(zhuǎn)化初期，生長分數(shù)較高，但是隨著腫瘤的持續(xù)增長，多數(shù)腫瘤細胞處于G0期，即使是生長迅速的腫瘤生長分數(shù)也只有20%。

3）腫瘤細胞的生長與丟失：營養(yǎng)供應(yīng)不足、壞死脫落、機體抗腫瘤反應(yīng)等因素會使腫瘤細胞丟失，腫瘤細胞的生成與丟失共同影響著腫瘤能否進行性長大及其長大速度。第36頁/共54頁人類腫瘤典型的動力學參數(shù)——

細胞周期：約2天生長因數(shù)：約40%

丟失率：約90%

癌細胞潛在倍增時間：約5天體積倍增時間：約60天第37頁/共54頁有氧情況下對輻射敏感腫瘤組織分化程度越高，對放射敏感性越差。腫瘤細胞對輻射的反應(yīng)（二）第38頁/共54頁腫瘤的劑量—效應(yīng)關(guān)系——

臨床上腫瘤的治療成功，是指射線徹底破壞的腫瘤組織中腫瘤細胞一個也不殘存，或者腫瘤細胞即使殘存下來，但受到抑制而不能再發(fā)揮其機能。然而，臨床上所謂獲得基本治愈的局部是否就不復(fù)發(fā)呢？

TCD50是指受照射的腫瘤中50%的腫瘤治愈時所需要的放射劑量。TCD是腫瘤控制劑量（TumorControlDose）的縮寫。第39頁/共54頁

把接種腫瘤的動物分為若干組，各組給予不同劑量照射后觀察90-120天，分析各組的治愈率，由此求出使50%的腫瘤獲得治愈所必需的照射劑量。照射時腫瘤體積與TCD50之間的關(guān)系：一般而言，腫瘤體積增大時，TCD50也隨之增大。

第40頁/共54頁一、放射生物學的基本概念二、臨床放射生物學效應(yīng)三、放射治療的時間、劑量分割模式四、提高放射生物學效應(yīng)的方法五、加溫治療的原理及應(yīng)用第41頁/共54頁常規(guī)分割照射的生物學基礎(chǔ)“4R”損傷的再修復(fù)、再分布、再氧合、再增殖第42頁/共54頁放療期間存活的克隆源性細胞的再增殖是造成早反應(yīng)組織、晚反應(yīng)組織及腫瘤組織之間效應(yīng)差別的重要因素之一常規(guī)分割照射時采用2Gy/次避免治療的中斷，如果中斷治療則需提高總的治療劑量常規(guī)分割照射的生物學基礎(chǔ)第43頁/共54頁生物劑量：生物體輻射響應(yīng)程度的測量生物劑量等效換算第44頁/共54頁α/β比值原理及意義α/β比值表示引起細胞殺傷中單擊和雙擊成分相等時的劑量，以吸收劑量單位Gy表示。意義在于反映了組織生物效應(yīng)受分次劑量改變的影響程度。α/β值可以作為衡量修復(fù)效應(yīng)的一個重要指標，α/β值越大，表明該細胞的修復(fù)能力越弱。第45頁/共54頁實例例：頭頸部腫瘤，原計劃方案是70Gy/35次，由于頭6次發(fā)生錯誤給成了4Gy/次，而不是2Gy/次，實際給了24Gy/6次，接下來的治療將繼續(xù)用2Gy/次治療。問保持與原方案相等的晚期損傷應(yīng)用多次照射？設(shè)纖維化的α/β=3.5Gy

則：BED=70×(1+2/3.5)=110

PE1=24×(1+4/3.5)=51.4PE2=BED－PE1=110－51.4=58.6

PE2=D2×(1+2/3.5)=58.6D2=58.6/1.57=37.3

所以N2=37.3/2=18或=19次第46頁/共54頁一、放射生物學的基本概念二、臨床放射生物學效應(yīng)三、放射治療的時間、劑量分割模式四、提高放射生物學效應(yīng)的方法五、加溫治療的原理及應(yīng)用第47頁/共54頁放射增敏劑與放射防護劑