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1、w,三甲工作亮点,放射肿瘤学基础理论与临床实践紧密结合袁双虎13853106916,放射肿瘤学主要内容,放射物理学 放射生物学 肿瘤学临床,研究放疗设备的结构、性能 各种射线在人体内的分布规律 探讨提高肿瘤剂量、降低正常组织受量的物理方法肿瘤放射治疗的重要支柱，是学习放射生物学、临床肿瘤放疗等知识的基础，指导我们正确选择放射源和治疗方式,放射物理学,AccuRay CyberKnife,Orthogonal kV imaging,couch,Elekta,Varian,MV and kV radiographs, kV Cone Beam CT,Tomotherapy Helical scan
2、, low MV imaging source; detectors optimized for low-dose imaging,Conventional CT acquired with patient on treatment,MV Cone Beam CT Uses treatment beam; modified EPID reduces imaging dose, Gantry-mounted kV source, 2 EPIDs kV and MV planar imaging; kV fluoroscopy kV-CBCT,HiArt,Siemens,ExacTrac,CT-i
3、n-Room,Novalis,Real-time tracking,电磁辐射（光子线-低LET射线）： 频率1016/秒， 波长10-7； 放射能（X线）：X线治疗机，各类加速器产生 放射性物质（ 射线）：人工或天然放射性核素产生。例如，60Co, 137Cs 治疗机 粒子辐射高LET射线： 由快中子，质子，负介子及氮，碳，氧，氖等重金属粒子产生,射程深度与能量成正比 一定深度内剂量分布较均匀，超过一定深度后剂量迅速下降 骨、脂肪、肌肉对电子线吸收差别不显著 可用单野作浅表或偏心部位肿瘤的照射,高能电子束临床剂量学特点,临床上主要用于对表浅病变的治疗, 如皮肤病变、胸壁、内乳淋巴链、颈部表浅淋
4、巴结等, 可单野照射 电子束和高能X 射线混合使用, 提高皮下浅部组织剂量，如乳腺癌胸壁照射 电子束大野全身照射治疗，如蕈样霉菌病、皮肤的T细胞淋巴瘤等全身范围的浅表病变,电子束临床应用,不同能量X线剂量学特点,6MV X线,15MV X线,一个理想临床放射治疗计划的设计必须遵循以下四个原则： 肿瘤剂量要求准确 肿瘤区域内，剂量分布要均匀，其变化5 提高治疗区内剂量，降低正常组织受量 保护肿瘤周围重要器官免受或少受照射,外照射剂量学四原则,源皮距照射X机和CO60机 等中心照射CO60机、直线加速器,常规放疗技术,CT-SIM,图像引导,精确放疗流程,（3D Conformal Radiati
5、on Therapy, 3D-CRT）,三维适形照射技术,在照射野的方向上，照射野的形状必须从三维的方向与肿瘤靶区的形状一致,在照射野的方向上，照射野的形状必须从三维的方向与肿瘤靶区的形状一致 靶区内及表面的剂量处处相等，而且要求每一个照射野内诸点的输出剂量率能按要求的方式进行调整,调强适形放射治疗,（conformal Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT）,普放,适形,不同放疗技术剂量分布对比,调强,适形,不同放疗技术剂量分布对比,普放,CRT,IMRT,普放,CRT,IMRT,CRT,普放,常规、CRT和IMRT剂量比较,常规、CRT和I
6、MRT剂量比较,双肺,常规、CRT和IMRT剂量比较,研究射线对肿瘤和正常组织的作用的生物学机制 预测和提高肿瘤放射敏感性 减少正常组织损伤 是临床剂量分割方式，提高肿瘤放射治疗疗效的基础,临床放射生物学,电离辐射有粒子辐射和电磁辐射。1、粒子辐射：射线、射线、带电的质子和中子的辐射；2、电磁辐射：射线和X射线的辐射，这类辐射是光量子发射的。3、不同电离射线的区别：射线（氦核）、质子（氢核）带电荷，中子则不带电荷；质子、中子、 射线、射线的质量不同。,什么是电离辐射？,电离辐射作用时间表,一般的致死剂量吸收的能量并不大，但生物效应却很严重。 例如：600cGyX射线照射人体和高等动物可发生致死
7、效应，而以热能计算仅能使组织温度升高0.002，若以热辐射能代替辐射能，则需要大约110万倍的能量方能引起机体死亡。 电离辐射所引起的机体损伤主要与自由基的产生和作用有关。,电离辐射生物学作用原理,带有未成对电子的分子、原子或离子。由于未共享电子对，自由基都有形成电子对的 趋势。 X线照射的结果：在水中形成成对的特殊离子自由基离子，并处于不稳定状态。并可进一步产生中性自由基（free radical）。,自由基,H2激发 H2 H HH2电离 H2 e- + H2 H2 HH H +H+H2e-2qH2表示被激发的水分子，激发在辐射损伤中的作用很小。 （表示不成对的电子）,电离与激发,碱基损伤
8、：破坏与脱落、取代、转换 DNA链的断裂： 单链断裂：与照射剂量呈线性关系 双链断裂：与照射剂量的二次方呈线性关系 氢键断裂 分子交联：通常认为是DNA分子错误修复的结果,DNA损伤类型,最终结果不完全取决于生物大分子受损伤的数量，还决定于机体修复损伤的能力化学修复和酶修复（抗氧化剂和抗氧化酶） 复制前修复：切除修复特点：正确性，普遍性和广泛性。 2. 复制后修复： 重组修复SOS修复 修复功能缺陷：细胞死亡或者基因突变,继而可能转化为甚至细胞 的遗传性疾病和体细胞的癌变。,DNA损伤的修复,蛋白质：抑制合成，加速分解 糖： 糖原合成基本无影响 糖异生作用增强 糖酵解，敏感性不同，作用不一 对
9、敏感组织的三羧酸循环有损伤作用 酯类：主要急性反应中总脂减少，但是不同组织变化不一，骨髓中脂类含 量明显增高 水和电解质： 急性放射病时血容量减少，电解质随之丧失（K），机体内水分大量丢失 。放射病的晚期，由于膜结构的破坏，往往出现难以纠正的低血钾。,辐射对物质代谢的影响,膜结构种类与功能种类：核膜、质膜、细胞器膜等。功能：物质转运、信息传递及放大、生物能量转换、激 素作用的实现、神经传导、细胞识别及细胞的增值分化等电离辐射对膜的影响 对膜蛋白的影响 对膜脂质的影响 对DNA膜复合体的影响 对细胞膜表面电荷的影响,膜结构与功能的影响,鉴别细胞存活的标准是照射后的细胞有否保留无限增值的能力 凡是
10、保留增值能力，能无限产生子代的细胞叫做存活细胞，否则就是 不存活细胞 在离体培养细胞中，一个存活细胞可以繁殖成一个细胞群体，称为克隆（clone）或集落(colony) 而对于不再增值的已分化细胞，只要丧失其特殊机能便是死亡,细胞存活的概念,细胞形成克隆的能力与照射剂量的关系，因此，只限于增值细胞的反应 离体培养细胞存活曲线的制作方法 克隆形成 细胞存活曲线的制作 细胞存活曲线的类型指数存活曲线，呈指数性反比关系。S=e-KD lnS=-KDD=1/K时，S=e-1=0.37非指数存活曲线哺乳动物细胞受照射以后，细胞不是立即死亡，而是在剂量效应曲线上先出现一个肩区，对辐射表现一定的抗拒之后，随
11、着剂量的增加而呈指数死亡。,细胞存活曲线,多靶单击方程 D0 外推数N值 Dq D37,哺乳动物细胞存活曲线数学模型,Se（DD2）某一剂量造成的细胞杀伤可由直接致死效 应和间接致死效应组成，即型和型细胞 杀伤代表单击生物效应系数， 代表多击生物 效应系数S =e- D S =e- D2 S= S S ,线性二次方程（L-Q公式）,各种细胞与放射剂量的定量关系 比较各种因素对细胞放射敏感性的影响 观察有氧与乏氧状态下细胞放射敏感性的改变 考察各种放射增敏剂的效果，或放射治疗合并化学药物治疗肿瘤的作用，或合并加温治疗的作用 比较不同LET射线效应 研究细胞的各种放射损伤（致死损伤、潜在致死损伤、
12、亚致死损伤）以及损伤修复的放射生物学理论问题 临床分次放射治疗肿瘤,细胞存活曲线的应用范围,生物剂量是对生物体辐射反应程度的测量。与物理剂量完全不同单野下的等剂量曲线，实际生物效应剂量和物 理剂量不一致。随着每次剂量大小变化，生物效应也变化,生物等效剂量,当改变常规治疗计划时应计算保持相等生物效应所 需的总剂量 争取一个合理的分次方案 比较不同分次剂量/分次数/总治疗时间的治疗技术,放射治疗中的生物剂量等效换算模型,分次剂量为d，采用分隔时间大于6h,分次数为n，亚致死性损伤完全修复：BED=nd X 1+d /(/) /：细胞存活曲线参数之比，一个特定组织或细胞群体的/是指在这个剂量值单击和
13、双击所产生的生物效应相等，不仅反映不同组织分次敏感性的差异，还说明在该剂量照射下NDA双链断裂与两个单链断裂组合发生几率相等。,生物等效剂量 （biological effective dose，BED）,不同分割方案的等效换算基本公式,相对生物效应（relative biological effec，RBE） 达到某一生物效应所需之250kv x线的剂量 RBE = 达到相同生物效应所需之某种射线的剂量氧增强比（oxygen enhancement ratio,ORE ）乏氧条件照射达到某一生物效应所需之剂量 ORE= 有氧条件照射达到某一生物效应所需之剂量,比较其他因素等效公式,1、放射损
14、伤的修复(Repair of radiation damage) 致死性损伤（LD）不能修复 亚致死损伤（SLD）可以完全修复 潜在致死损伤（PLD）部分修复 2、组织细胞的再增殖（Repopulation of the tissue) 3、细胞周期的再分布（Redistribution of cell in cycle) 4、乏氧细胞的再氧合（Reoxygenation of the hypoxie cell),细胞群在分次放疗中的变化-4R规律,48,亚致死性损伤（sublethal damage）：受照后细胞的部分靶而不是所有靶内所累积的电离事件，通常指DNA的单链断裂。 -可修复潜在致
15、死性损伤（potential lethal damage）在正常状态下应当在照射后死亡的细胞，如置于适当条件下由于损伤修复又存活的现象。 -可修复致死性损伤（lethal damage）受照后细胞完全丧失了分裂增殖能力，不可逆的损伤。 -不可修复,细胞的放射损伤与修复,指假如将某一既定单次照射剂量分成间隔一定时间的两次时所观察到的存活细胞增加的现象。DNA的单链断裂 ，是可修复的放射损伤 影响因素：放射线的质，高LET射线无此修复细胞的氧合状态，氧合好此修复强细胞群的增殖状态，未增殖者无此修复,亚致死损伤修复 （sublethal damage）,亚致死性损伤修复速率 30min-数小时用亚致
16、死性损伤半修复时间（T1/2）表示影响分次照射反应最普遍的生物现象是亚致死性损伤的修复能力。主要发生在G0及G1期细胞内正常组织与肿瘤比，有更多的细胞处于G0及G1期，因而对正常细胞从放射损伤中修复更有意义,晚反应组织比早反应组织有较大的修复能力，因而分次照射对晚反应组织的益处比早反应组织为大。 相同总剂量照射，分次越多，晚反应组织的副反应就越小。因此临床上应用每日2次，间隔6小时的照射方式以提高肿瘤的局部控制率而不增加后遗症。,临床意义,照射后改变其环境，可增加其存活的现象。如照射后将细胞置于平衡盐溶液而非完全培养基中可观察到此修复。 影响因素： 射线质 高LET射线无乏氧细胞密度 接触抑制细胞周期 （如照射后大于或等于6小时细胞没 有分裂可发生此修复）,
