腫瘤放射治療中生物劑量等效換算的數(shù)學(xué)模型

1、中文放療資訊網(wǎng) 您下載的該文件來自于中文放療資訊網(wǎng)()使用前請您先閱讀以下條款:1.本站僅對原軟件包“依樣”打包，未做過任何改動，但不保證所提供軟件或程序的完整性和安全性。2. 請在使用前查毒 (這也是您使用其它網(wǎng)絡(luò)資源所必須注意的) 。3. 由本站提供的程序?qū)δ木W(wǎng)站或計算機造成嚴(yán)重后果的本站概不負(fù)責(zé)。4. 轉(zhuǎn)載本站提供的資源請勿刪除本說明文件。中文放療資訊網(wǎng)是專業(yè)為華文醫(yī)生提供服務(wù)的網(wǎng)站，我們提供免費醫(yī)學(xué)課件，醫(yī)學(xué)資訊等服務(wù)。是中國具有一定影響力的放療專業(yè)網(wǎng)站之一。聲明：本幻燈片由中文放療資訊網(wǎng)搜集整理，不承擔(dān)技術(shù)及版權(quán)問題 說明：要獲得更多的免費醫(yī)學(xué)課件，醫(yī)學(xué)資訊請隨時關(guān)注中文放療資訊網(wǎng)

2、腫瘤放射治療中生物劑量腫瘤放射治療中生物劑量等效換算的數(shù)學(xué)模型等效換算的數(shù)學(xué)模型 $ 概述概述$ 為保護病人利益，理論上，開展新的治療模式應(yīng)進行生物劑量等效換算。$ 正確理解和運用“生物劑量”的概念和相關(guān)數(shù)學(xué)模型是非常必要的。$一一.“.“生物劑量生物劑量”的概念的概念$ 1930年代創(chuàng)立和制定了輻射量化標(biāo)準(zhǔn)和劑量的單位制，使臨床放療、放射物理和放射生物的研究工作有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。$ 臨床意義上的放射劑量學(xué)中的物理學(xué)涵義和生物學(xué)涵義不同，是兩個不同概念（這種差別在物理劑量圖上是看不出來的。$ 根據(jù)國際原子能委員會第30號報告定義：“生物劑量”是指對生物體輻射反應(yīng)程度的測量”。放射治療中的生

3、物劑量換算模型：放射治療中的生物劑量換算模型： 設(shè)計放射治療方案應(yīng)注意三個因素：$ 改變常規(guī)治療方案時應(yīng)計算保持相等生物效應(yīng)的總劑量。$ 爭取一個合理的分次方案。$ 比較不同分次劑量、分次數(shù)、和總治療時間的技術(shù)。 通觀分次放療歷史，曾提出許多生物劑量換算的數(shù)學(xué)模型，只有極少數(shù)有實用價值，主要是：$ 立方根規(guī)則（cube root rule）。$ 名義標(biāo)準(zhǔn)劑量（Nominal standard dose，NSD）$ LQ模式(linear quadratic modle，L-Q)n前兩個是經(jīng)驗性公式，后者是理論性公式放射治療中的生物劑量換算模型：放射治療中的生物劑量換算模型：$1944年由Str

4、andqvist提出，是第一個對現(xiàn)代分次放療發(fā)展具有指導(dǎo)意義的時間劑量模型。$用皮膚和唇基底細(xì)胞癌及鱗癌的復(fù)發(fā)與皮膚損傷的劑量與總治療時間作圖得到一條直線，斜率為0.22。$Cohen(1949)在Strandqvist的工作基礎(chǔ)上，分析了3種皮膚損傷（輕度紅斑、重度紅斑和皮膚耐受性）的資料，皮膚耐受總劑量與總治療時間作圖所得到的直線的率是0.33。因此，等效劑量與總治療時間的立方根成正比。$1.1.立方根規(guī)則：立方根規(guī)則：$2.名義標(biāo)準(zhǔn)劑量名義標(biāo)準(zhǔn)劑量 （NSD) 1969由英國放射腫瘤學(xué)家由英國放射腫瘤學(xué)家Franc Ellis提出以三個假提出以三個假設(shè)為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)關(guān)系式，設(shè)為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)關(guān)

5、系式，$ 1）皮膚表皮損傷的愈合依賴于其下方結(jié)締組織間質(zhì)的狀況$ 2）除了骨和腦，全身其他部位的結(jié)締組織是相似的$ 3）在腫瘤內(nèi)及周圍，正常結(jié)締組織成分構(gòu)成間質(zhì)。$D=NSDN0.22 T0.11 式中式中NSD為名義標(biāo)準(zhǔn)劑量，單位是為名義標(biāo)準(zhǔn)劑量，單位是ret。$ 根據(jù)臨床經(jīng)驗總結(jié)出；分次數(shù)和時間一樣重要，大約是發(fā)生某種皮膚反應(yīng) 劑量的2倍。根據(jù)這個關(guān)系式提出等效總劑量與分次數(shù)和總治療時間的關(guān)系。$NSD = D T-0.11 N-0.24$式中NSD是指發(fā)生某一特定水平皮膚損傷的比例系數(shù)，皮膚反應(yīng)的增加NSD增加。代表生物效應(yīng)的水平。$指數(shù)0.24對首周內(nèi)任意天數(shù)開始治療的病人的Stran

6、dqvist曲線提供了最好的擬合值。$對兩個不同方案的比較所要做的就是比較NSD值。NSD可被認(rèn)作是一個生物效應(yīng)劑量。$2.名義標(biāo)準(zhǔn)劑量名義標(biāo)準(zhǔn)劑量 （NSD)$由于每分次固定劑量的分次數(shù)與分次頻率相乘并不是NSD的乘積，于是它作為一個劑量單位不如物理劑量方便，但可通過等號兩側(cè)同乘1.54來補救，從而使NSD 1.54成為生物效應(yīng)劑量單位，這就是TDF的基礎(chǔ)。$TDF=10-3NSD1.54 = Nd1.54(T/N)-0.17$在SI單位，d用Gy表示，T用“天”表示。$2.名義標(biāo)準(zhǔn)劑量名義標(biāo)準(zhǔn)劑量 （NSD)NSD的主要缺欠：$NSD低估了大分次劑量照射后晚期損傷的發(fā)生率。$不存在鑒別晚期

7、損傷的時間因子$延長總治療時間使腫瘤控制率下降，Bentzen和Overgard歸納了在統(tǒng)一規(guī)劃情況下頭頸鱗癌的三個治療結(jié)果，腫瘤局控率損失了7%-10%。$分次數(shù)的指數(shù)不是常數(shù)，即便對特定的指標(biāo)也是如此。支持這個結(jié)論的工作主要來自放射生物的動物實驗資料。$2.名義標(biāo)準(zhǔn)劑量名義標(biāo)準(zhǔn)劑量 （NSD)3. 線性二次模式線性二次模式 （Linear Quadratic model，L-Q)$L-Q模式比NSD或TDF獲得更多認(rèn)可的原因是它可從細(xì)胞存活曲線直接推導(dǎo)得出（不像NSD是一個純粹的經(jīng)驗公式）。$當(dāng)從L-Q的初始公式推到劑量和分次方案時會相差較多而容易發(fā)生錯誤。$L-Q是一個數(shù)學(xué)模式，根據(jù)照射

8、與生物系統(tǒng)關(guān)系的基本機制， L-Q可以擬和較大的分次范圍。 LQ公式是Chadwick和Leenhouts 1973年提出的，是將DNA雙鏈斷裂與細(xì)胞存活聯(lián)系起來的數(shù)學(xué)模型。$ 模型的理論前提：$ 假定攜帶遺傳信息的核DNA分子的完整性為細(xì)胞正常增殖所必須。$ DNA雙鏈斷裂完全破壞了分子的完整性，因此是輻射所致的最關(guān)鍵損傷。$ 各種生物學(xué)損傷指標(biāo)與DNA雙鏈斷裂直接關(guān)聯(lián)。3. 線性二次模式線性二次模式 （Linear Quadratic model，L-Q)$ 效應(yīng)的嚴(yán)重程度與每個細(xì)胞發(fā)生并存留的DNA雙鏈斷裂的均數(shù)成比例。$ 誘發(fā)的DNA雙鏈斷裂數(shù)依賴于能量沉積與轉(zhuǎn)移的物理、物化、及化學(xué)過

9、程，也依賴于在照射當(dāng)時與DNA結(jié)構(gòu)及環(huán)境有關(guān)的自由基競爭。$ 保持有效的DNA雙鏈斷裂數(shù)取決于DNA損傷的生化修復(fù)，而這種修復(fù)的效率是受照射當(dāng)時及照射以后的代謝狀態(tài)控制的。3. 線性二次模式線性二次模式 （Linear Quadratic model，L-Q) LQ公式是Chadwick和Leenhouts 1973年提出的，是將DNA雙鏈斷裂與細(xì)胞存活聯(lián)系起來的數(shù)學(xué)模型。$ 在上述前提下：$ 單次劑量D 的效應(yīng)（如細(xì)胞殺滅）可寫做： SF=exp(- D-D2 ) 或 E= D+ D23. 線性二次模式線性二次模式 （Linear Quadratic model，L-Q)臨床上應(yīng)用 LQ等效

10、公式的基本條件$ 組織的等效曲線是相應(yīng)靶細(xì)胞等效存活率的表達(dá)$ 放射損傷可分成兩個主要類型（能修復(fù)及不能修復(fù)），而分割照射的保護作用主要來自于可修復(fù)的損傷$ 分次照射的間隔時間必須保證可修復(fù)損傷的完全修復(fù)。$ 每次照射所產(chǎn)生的生物效應(yīng)必須相等。$ 全部照射期間不存在細(xì)胞的增殖。3. 線性二次模式線性二次模式 （Linear Quadratic model，L-Q)$L-Q等效換算的基本公式：$主要的原則公式是1982年Barendsen推薦的外推耐受劑量(extrapolated tolerance dose ETD）。$1987年Thames和Hendry的總效應(yīng)(totaL effect

11、TE)$1989年Fowler 進一步完善提出了生物效應(yīng)劑量(biological effective dose BED）$BED具有的優(yōu)點是可以計算低于正常組織耐受性的效應(yīng)水平，而ETD的涵義是總耐受效應(yīng)。3. 線性二次模式線性二次模式 （Linear Quadratic model，L-Q)$一般來說與等效有關(guān)的細(xì)胞存活分?jǐn)?shù)是不清楚的，習(xí)慣上以效應(yīng)E表示。 E = D+ D2 （同除以） E/ = D + (/) D2$E/被稱做生物等效劑量,即BED。它具有劑量的大小和量綱，對衡量生物效應(yīng)很有用。$指分次數(shù)無窮多，分次劑量無限小時產(chǎn)生相等生物效應(yīng)的理論總劑量（也是低劑量率連續(xù)照射所需的總

12、劑量）。$BED的單位是Gy。3. 線性二次模式線性二次模式 （Linear Quadratic model，L-Q)$BED代表了分次照射或低劑量率連續(xù)照射過程中的生物效應(yīng)。$當(dāng)分次劑量趨向于0時，BED就相當(dāng)于D。$在整個照射過程中，每一部分的BED可以相加，這樣可以得到總的生物效應(yīng)劑量。$BED = nd1 + d/(/)$式中n為分次數(shù)，d為分次劑量，nd為總劑量D，/比值可查表 3. 線性二次模式線性二次模式 （Linear Quadratic model，L-Q)$ /比值是臨床應(yīng)用公式、細(xì)胞存活曲線或等效分割公式中參數(shù)和 參數(shù)之比，$ 一個特定組織或細(xì)胞群體的/比值，意味著在這個

13、劑量值單擊和雙擊所產(chǎn)生的生物效應(yīng)相等。$ 它在數(shù)值上相當(dāng)于一個特征性劑量，在該劑量照射下DNA雙鏈斷裂和兩個單鏈斷裂組合發(fā)生幾率相等。$等效換算基本公式： N2d21+d2/(/) = n1d11+d1/(/) 3. 線性二次模式線性二次模式 （Linear Quadratic model，L-Q)$帶有時間因子的LQ等效換算公式$研究表明，腫瘤和早反應(yīng)組織在治療期間有干細(xì)胞的增殖、再群體化。$若假設(shè)腫瘤細(xì)胞的再群體化。則Ins將隨(0.693/Tpot)T而增加。$BED = nd1+ d/(/)-k(T-Tk)$k可由一些病人的臨床資料分析確定，如回顧性資料顯示對再群體化快的腫瘤可采用k=

14、0.6Gy，增殖慢的腫瘤k=0.1Gy3. 線性二次模式線性二次模式 （Linear Quadratic model，L-Q)$帶有不完全修復(fù)因子的LQ等效換算公式$LQ基本公式所假設(shè)的條件是分次劑量之間的亞致死損傷完全修復(fù)，這種修復(fù)至少需要6小時，但在一些組織如脊髓卻可長達(dá)1天或更長，因此應(yīng)校正因修復(fù)不完全而損失的正常組織耐受性。 $BED = D 1+ d/(/)+Hm d/(/)$式中d是分次劑量，D是總劑量，Hm 可查表3. 線性二次模式線性二次模式 （Linear Quadratic model，L-Q)中文放療資訊網(wǎng) 您下載的該文件來自于中文放療資訊網(wǎng)()使用前請您先閱讀以下條款:1.本站僅對原軟件包“依樣”打包，未做過任何改動，但不保證所提供軟件或程序