放射治療技術(shù)第三章放射生物演示文稿

放射治療技術(shù)第三章放射生物演示文稿當(dāng)前1頁，總共51頁。放射治療技術(shù)第三章放射生物當(dāng)前2頁，總共51頁。第三章

臨床放射生物學(xué)基礎(chǔ)當(dāng)前3頁，總共51頁。學(xué)習(xí)要點掌握內(nèi)容：放射生物學(xué)的概念熟悉內(nèi)容：臨床放射生物學(xué)效應(yīng)、“4R”了解內(nèi)容：劑量分割、提高生物學(xué)效應(yīng)的方法、加溫治療當(dāng)前4頁，總共51頁。一、放射生物學(xué)的基本概念二、臨床放射生物學(xué)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(xué)效應(yīng)的方法五、加溫治療的原理及應(yīng)用當(dāng)前5頁，總共51頁。射線為什么能夠殺死腫瘤細(xì)胞？當(dāng)前6頁，總共51頁。放射生物學(xué)概念放射生物學(xué)是研究電離輻射在集體、個體、組織、細(xì)胞、分子等各種水平上對生物作用的科學(xué)。涉及范圍：原初反應(yīng)（光能的吸收與傳遞）、物理、化學(xué)和生物學(xué)方面的改變當(dāng)前7頁，總共51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)電離的輻射總稱當(dāng)前8頁，總共51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(yùn)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(fù)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。當(dāng)前9頁，總共51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(jī)輻射？“非電離輻射”：能量低，不會引起物質(zhì)電離。當(dāng)前10頁，總共51頁。射線對DNA造成損害，而使細(xì)胞分裂受到阻礙，導(dǎo)致細(xì)胞分裂失敗或細(xì)胞損傷。當(dāng)前11頁，總共51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。當(dāng)前12頁，總共51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。當(dāng)前13頁，總共51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)所需劑量的比值當(dāng)前14頁，總共51頁。自由基與活性氧自由基：機(jī)體氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的有害化合物，具有強(qiáng)氧化性，可損害機(jī)體的組織和細(xì)胞，進(jìn)而引起慢性疾病及衰老效應(yīng)。當(dāng)前15頁，總共51頁?；钚匝跏侵秆醯哪承┐x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。自由基與活性氧當(dāng)前16頁，總共51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當(dāng)前17頁，總共51頁。氧效應(yīng)：受照射的組織、細(xì)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(qiáng)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(qiáng)比當(dāng)前18頁，總共51頁。氧效應(yīng)與氧增強(qiáng)比

氧效果劑量當(dāng)前19頁，總共51頁。靶學(xué)說靶學(xué)說單擊模型多擊模型單靶與多靶靶分子當(dāng)前20頁，總共51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(xué)階段：激發(fā)電離，化學(xué)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(xì)胞死亡

有絲分裂停止當(dāng)前21頁，總共51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＞單向當(dāng)前22頁，總共51頁。影響輻射生物效應(yīng)的主要因素機(jī)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）當(dāng)前23頁，總共51頁。一、放射生物學(xué)的基本概念二、臨床放射生物學(xué)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(xué)效應(yīng)的方法五、加溫治療的原理及應(yīng)用當(dāng)前24頁，總共51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(xué)效應(yīng)當(dāng)前25頁，總共51頁。細(xì)胞周期放射敏感性為M＞G2＞G1＞S期細(xì)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(xì)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(xué)效應(yīng)當(dāng)前26頁，總共51頁。

細(xì)胞存活曲線是用來描述輻射吸收劑量與存活細(xì)胞數(shù)量之間的關(guān)系。細(xì)胞存活（Cellsurvival）和細(xì)胞死亡（CellDeath）的放射生物學(xué)定義：電離輻射后，細(xì)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(xì)胞，如神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞或分泌細(xì)胞，喪失其特殊功能便可認(rèn)為是死亡；而對于增生細(xì)胞，如造血干細(xì)胞或離體培養(yǎng)生長的細(xì)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）。當(dāng)前27頁，總共51頁。輻射所致細(xì)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(xué)效應(yīng)當(dāng)前28頁，總共51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(biāo)準(zhǔn)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(yán)重放射損傷的患者不超過5%（50%）時的照射劑量。當(dāng)前29頁，總共51頁。當(dāng)前30頁，總共51頁。早反應(yīng)組織的特點是：組織細(xì)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(xì)胞等。晚反應(yīng)組織的特點是：細(xì)胞群體增殖很慢，增殖層的細(xì)胞在數(shù)周甚至1年或更長的時間內(nèi)不進(jìn)行增殖更新。如腦組織、脊髓、腎、肺、肝等。腫瘤細(xì)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。當(dāng)前31頁，總共51頁。L-Q模型（線性二次模型）是將DNA雙鏈斷裂與細(xì)胞存活曲線聯(lián)系起來的數(shù)學(xué)模型。BED（biologicallyeffectivedose）生物效應(yīng)劑量。基本數(shù)學(xué)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）當(dāng)前32頁，總共51頁。腫瘤細(xì)胞對輻射的反應(yīng)腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞具有不同的反應(yīng)系統(tǒng)腫瘤的存活與有氧細(xì)胞和乏氧細(xì)胞有關(guān)放射敏感性與組織分化程度相關(guān)當(dāng)前33頁，總共51頁。腫瘤的增殖不受機(jī)體正常調(diào)控的約束

一般腫瘤內(nèi)有4種細(xì)胞。分裂細(xì)胞、靜止細(xì)胞、無增殖能力的細(xì)胞、破碎細(xì)胞腫瘤細(xì)胞對輻射的反應(yīng)（-）當(dāng)前34頁，總共51頁。

腫瘤的生長速度決定于生長分?jǐn)?shù)和腫瘤細(xì)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(xì)胞倍增時間：腫瘤群體的細(xì)胞周期也分為G0、G1、S、G2和M期。多數(shù)惡性腫瘤細(xì)胞的倍增時間并不比正常細(xì)胞更快，而是與正常細(xì)胞相似或比正常細(xì)胞更慢。當(dāng)前35頁，總共51頁。2）生長分?jǐn)?shù)：指腫瘤細(xì)胞群體中處于增殖階段（S期+G2期）的細(xì)胞的比例。惡性轉(zhuǎn)化初期，生長分?jǐn)?shù)較高，但是隨著腫瘤的持續(xù)增長，多數(shù)腫瘤細(xì)胞處于G0期，即使是生長迅速的腫瘤生長分?jǐn)?shù)也只有20%。

3）腫瘤細(xì)胞的生長與丟失：營養(yǎng)供應(yīng)不足、壞死脫落、機(jī)體抗腫瘤反應(yīng)等因素會使腫瘤細(xì)胞丟失，腫瘤細(xì)胞的生成與丟失共同影響著腫瘤能否進(jìn)行性長大及其長大速度。當(dāng)前36頁，總共51頁。人類腫瘤典型的動力學(xué)參數(shù)——

細(xì)胞周期：約2天生長因數(shù)：約40%

丟失率：約90%

癌細(xì)胞潛在倍增時間：約5天體積倍增時間：約60天當(dāng)前37頁，總共51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(xì)胞對輻射的反應(yīng)（二）當(dāng)前38頁，總共51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(xì)胞一個也不殘存，或者腫瘤細(xì)胞即使殘存下來，但受到抑制而不能再發(fā)揮其機(jī)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。當(dāng)前39頁，總共51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。

當(dāng)前40頁，總共51頁。一、放射生物學(xué)的基本概念二、臨床放射生物學(xué)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(xué)效應(yīng)的方法五、加溫治療的原理及應(yīng)用當(dāng)前41頁，總共51頁。常規(guī)分割照射的生物學(xué)基礎(chǔ)“4R”損傷的再修復(fù)、再分布、再氧合、再增殖當(dāng)前42頁，總共51頁。放療期間存活的克隆源性細(xì)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(xué)基礎(chǔ)當(dāng)前43頁，總共51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當(dāng)前44頁，總共51頁。α/β比值原理及意義α/β比值表示引起細(xì)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(biāo)，α/β值越大，表明該細(xì)胞的修復(fù)能力越弱。當(dāng)前45頁，總共51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次當(dāng)前46頁，總共51頁。一、放射生物學(xué)的基本概念二、臨床放射生物學(xué)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(xué)效應(yīng)的方法五、加溫治療的原理及應(yīng)用當(dāng)前47頁，總共51頁。放射增敏劑與放射防護(hù)劑當(dāng)前48頁，總共51頁。放射防護(hù)劑：降低細(xì)胞放射反應(yīng)的化學(xué)因子，它們一般通過清除自由基產(chǎn)物而影響輻射的間接作用。放射增敏劑：增加細(xì)胞放射反應(yīng)的化學(xué)因子，一般對輻射的直接和間接效應(yīng)均