《放射修饰效应》ppt课件

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1、放射修饰效应,中山大学肿瘤防治中心 高远红,我最棒,放射修饰效应,生物物理修饰效应 剂量率效应 高LET射线或重粒子修饰 时间、剂量、分次的修饰 化学修饰效应 放射增敏剂 放射防护剂,一、生物物理修饰效应,（一）剂量率效应 剂量率分类： X或射线的剂量率是决定一个特定的吸收剂 量的生物学后果的主要因素之一。剂量率分4类： (1) 非常低的剂量率： 照射长达几周、几月，甚至几年，主要用于放 射生物实验研究；（建筑材料）,(2) 低剂量率： 10-310-10Gymin或0.11Gy/h的剂量率范围， 常用于组织间或腔内照射，照射持续几个小时或几天； （125I：2.25、3.75、4.50 cG

2、y/Hour),(3) 高剂量率：110Gymin的剂量率范围， 是目前一般放疗外照射所用的剂量率； 192铱; 直加: 300 700 cGy / Min） （4）超高剂量率：1091012Gymin的剂 量率范围，用s或ns计算脉冲的照射，主 要用于放射生物实验研究 ；,剂量率效应： 生物效应：一般是指放射治疗外照射所用 的剂量率的范围内发生的效应。在低LET射线 放射治疗中，剂量率效应是决定某一特定剂 量所产生一系列生物学反应的关键因素之一。 剂量率效应：随着剂量率的降低和照射时间 的延长，通常某一特定剂量的生物效应将会降 低。 因此剂量率效应出现对治疗不利的局面。,剂量率效应的解释：典

3、型的剂量率效应是在长时间 的照射期间会出现SLDR（SDBR）；,曲线A是X射线一 次照射的存活线， 曲线F是当每个剂量 都以多分次的小剂 量D照射而获得的， 而两次小剂量的间 隔时间足以让亚致 死损伤修复，多分 次小剂量基本接近 于连续照射。,剂量率效应,随着剂量率的降低，存活曲线越来越平坦，外推 数趋向1，即存活曲线直线部分下降坡度变得较平， 平均致死剂量变大。因此，剂量率效应实际上导致 了一个对治疗不利的后果。 剂量率效应实际上主要是由于延长照射，在照射 过程中发生亚致死损伤修复的结果。不同类型细胞 的剂量率效应有很大的区别，这反映了细胞的亚致 死损伤修复的能力。 剂量率效应主要发生在0

4、.011Gy/min的剂量率 范围，高于或低于这个范围，已基本不存在剂量 率效应。,反向剂量率效应 (the inverse dose rate effect) 与剂量率效应不同，反向剂量率效应是指当剂量率降 低时细胞杀灭反而增高现象。 如图示，S3 HeLa细胞系照射的剂量率从1.54Gyh降 至0.37Gyh，提高了杀灭细胞的效应，因此这一低剂 量率几乎与一次急性照射的效应一样有效。,反向剂量率效应,剂量率降低时， 可杀灭更多的细 胞。剂量率从 1.54Gyh降至 0.37Gyh 提高了杀灭细胞 的效应。,1.54Gy/h,0.37Gy/h,反向剂量率效应,在1.54Gyh的剂量率照射后，

5、细胞被“冻结”于细胞周期 的不同时相而不前进。当剂量率降低至0.37Gyh时，细 细胞进入并被阻滞于放敏感的细胞周期G2期。因此，持 续低剂量率照射时，一个原来非同步化的细胞群体变成 了一个G2期的群体。,一句话小结：剂量率效应,随着剂量率降低，照射时间延长，生物 效应降低，对治疗不利，但也有例外。,一、生物物理修饰效应,（二）高LET射线或重离子修饰 LET（1inear energy transfer，传能线密度） 单位长度上的能量转换 低LET射线：LET值100keVm，包括中子、质子、粒子、碳离子等，粒子的LET值为100keVm。,原子: 带正电的原子核+带负电的核外电子构成;是个

6、空心球体 原子核: 带正电荷的质子+不带电荷的中子构成，质子数=电子数， 原子的质量: 中子的个数 + 质子的个数,1、相对生物效应 (RBE，relative biological effectiveness) 即使照射剂量相等，不同性质射线所产生的生 物效应并不完全相同。为了比较不同射线的这一 特性，提出了相对生物效应的概念。 相对生物效应：产生相同生物效应所需的250KV-X 线剂量与所试验射线的剂量之此，即： 相对生物效应 = 产生某一生物效应所需要250KV-X 线的剂量 / 产生相同生物效应所需试验射线的剂量,2、氧增强比(OER，oxygen enhancement ratio)

7、 氧在细胞对电离辐射的效应过程中起到非常 重要的作用。人们把氧在放射线和生物体之间相 互作用中所起的作用，称为氧效应。 为了定量地评价氧效应，提出了氧增强比的概 念，即在乏氧及空气情况下达到相等生物效应所 需的照射剂量之比，称为氧增强比，通常用其来 衡量不同射线氧效应的大小。,LET与相对生物效应、氧增强比的关系,T1肾细胞 在低LET（X线、线）， OER在2.53.0之间； 随着LET，开始时OER 下降得较慢，而到LET超 过约60 keVm时，OER 迅速下降，在LET升至200 keVm时OER为1； 随着LET ，RBE开始缓 慢上升，当达到约60 keVm时，RBE迅速上升,（二

8、）高LET射线或重离子修饰,高LET射线剂量分布物理学特点： 具有Bragg峰 峰以外及皮肤入射处剂量很小 峰的位置及体积可以调节 横向散射小,1915年诺贝尔奖,（二）高LET射线或重粒子修饰,高LET射线生物学特点： 相对生物效应(RBE)高； 致死性损伤（SLD）比潜在损伤（PLD）及亚致死损 伤（SLD）高，损伤修复差；高LET射线照射后的细 胞存活曲线比低LET射线照射后细胞存活曲线陡，且 肩区小； 氧增强比(OER)小； 对细胞周期的放射敏感性依赖小；,高LET射线相对生物效应较高，加上剂量分 布上的优势，特别是峰区的RBE高于坪区，使 得高LET射线的优势较低LET射线更加突出。

9、 不同高LET射线或重离子的物理学及生物学特点不一： 中子：具有较高生物学特性而无Bragg峰； 质子：剂量分布优势大而无生物学优势； 负介子、碳、氖：具有上述物理学分布和 生物学两大优势；,高LET射线或重离子 临床应用前景,快中子治疗临床应用 快中子曾是研究最深入、临床经验积累较多 与X线、线相比，快中子有以下几个方面的 放射生物学特性的优势： 快中子的OER低； 快中子照射后没有或很少亚致死损伤修复， 细胞存活曲线肩区小； 快中子照射后没有潜在致死损伤修复； 快中于对细胞增殖周期不同时期细胞的放射 敏感性差别影响较小。,经过对快中子放射生物学的进一步研究， 特别是一些临床研究的结果，目前

10、对快中 子的适应证及无效病种已有较清楚认识： 疗效最好：腮腺恶性肿瘤， 其 次：前列腺癌C及D期、 软组织瘤、骨肉瘤、 局部晚期头颈部癌、 直肠癌术后复发、 副鼻窦腺样囊性上皮癌、 黑色素瘤,快中子的临床前景,由于快中子有良好的生物学特性，而无明显的物理学优势，因此对肿瘤组织和正常组织均造成严重损伤，因此现在基本放弃了快中子的临床使用。,质子治疗临床应用,Robert Wilson (1914-2000) Fermi 国家加速器实验室 第一任负责人,使用质子用于医疗治疗的想法始于1946年Robert Wilson在伯克利的研究。 R.R.Wilson, Radiological use of

11、 fast protons, Radiology 47 (1946) 487,质子治疗临床应用,由于具有良好的物理特性，因此对肿瘤的损伤大，而对正常组织的损伤较小； 1954年在USA开始使用，目前全球广泛使用 MD Anderson: 2台 2004年，国内第一台，山东 前景良好，但有争议；（IMRT，TOMO）,质子治疗适应症 脑和脊髓肿瘤包括：脑（脊）膜瘤、脑转移瘤、脑胶质瘤、听神经瘤、垂体瘤、颅咽管瘤等。 颅低肿瘤：脊索瘤和软骨肿瘤。 脑血管疾病：脑动脉畸形、海绵状血管瘤等。 其它脑部疾病：癫痫、帕金森氏症、三叉神经痛。 眼部病变：脉络膜黑色素瘤、视网膜黄斑病变、眼眶肿瘤。 头颈部肿瘤

12、：鼻咽癌（原发、复发或转移）、口咽癌等。 腹部肿瘤：肺癌、肝癌、食道癌、胰腺癌、胃癌、肾癌、纵隔肿瘤、腹腔后肿瘤等。 纵隔肿瘤及腹腔后肿瘤。盆腔肿瘤如：前列腺癌、子宫肿瘤、卵巢癌、脊索瘤、软骨瘤等。 儿童肿瘤：髓母细胞瘤、神经母细胞瘤及其他脑脊肿瘤、眼及眼眶肿瘤、颅底和脊索肉瘤、淋巴瘤、腹盆腔肿瘤等。,M.D.Anderson Cancer Center M.D.Anderson Proton Therapy Center,M.D.Anderson Cancer Center M.D.Anderson Proton Therapy Center,重离子治疗临床应用,重离子放疗技术,重离子是指比

13、氦重的原子失去一个甚至全部核外电子的离子；重离子束是指由加速器产生的荷能重离子束流，即重离子束射线。,1931年 伯克利 回旋加速器,重离子治疗临床应用,由于具有良好的物理特性，也具有良好的生物学特性，因此对肿瘤损伤大的同时，很好地保护了正常组织； 1974年，USA开始试用，但没用于临床 目前四个国家：日、德、意、中 2009年：5000多例 2009年，国内，中科院兰州近代物理研究所 8批次，102例，浅层肿瘤,重离子治疗临床应用,中科院兰州近代物理研究所 同步加速器 重离子: 12C-Ion 能量: 430 MeV (1000MeV) 治疗深度: 25 cm,重离子治疗适应症： 1）头颈

14、部肿瘤； 2）中枢神经瘤； 3）肺癌； 4）肝细胞癌； 5）前列腺癌； 6）骨及软组织瘤； 7）子宫颈癌； 8）直肠癌； 9）胰腺癌。,兵库质子和碳离子治疗系统,日本目前已有兵库县重离子束医疗中心、若狭湾高能研究中心等6家医院或中心具有医用质子/重离子放疗系统。,重离子放疗技术在国外的发展,日本国立放射医学研究所（NIRS）建立侧重于重离子治癌研究的HIMAC装置，配有3个治疗室，并建立附属医院，至今已用碳离子治疗4000余位患者。,NIRS：水平束、垂直束和水平及垂直束三个治疗室。扫描方式为被动式扫描，部分肿瘤的局部控制率较低。,重离子治癌： 可能是未来放疗最好的工具,生物物理修饰效应,（三

15、）时间、剂量、分次的修饰,1、生物效应依赖于剂量分布与时间和分次的关系； 2、当分次数增加和总疗程时间延长时，则照射的生 物效应减低；如果此时要获得一个与常规分割相 当的特定效应，就必须增加照射剂量； 3、当两种组织受同样剂量照射后，分次数和总疗程 时间的不同可导致不同的生物效应，这称之为时 间、剂量、分次的修饰；,（三）时间、剂量、分次的修饰,分次放射主要目的是保护照射野内的正常组织。分次放射治疗的生物学基础： 把一次剂量分成若干次时，由于分次之间正常 晚反应组织在分次之间亚致死损伤的修复，从而 保护了正常晚反应组织； 总治疗时间足够长的情况下，由于早反应组织 干细胞的再群体化，保护了正常早

16、反应组织； 如果总治疗时间太长，肿瘤干细胞的再群体化， 也同时降低了的肿瘤（早反应组织）治疗效果； 分次照射之间肿瘤组织的再氧合和肿瘤细胞的 再群体化，而起到“自身增敏”的效应；,（三）时间、剂量、分次的修饰,1、常规分次照射方案： 每日1次，每次1.8-2.0Gy，每周5次； 总剂量由受照射肿瘤的病理形态、部位 及靶体积内重要正常组织的耐受性决定； 近百年来放射治疗经验的总结而得出的， 适应于大多数的肿瘤； 某些情况下，必须考虑剂量/分次/时间；,（三）时间、剂量、分次的修饰,2、总治疗时间延长： 一个分次照射方案的总治疗时间延长时，由于 分次照射之间的细胞再群体化，将可能导致放 射效应的降低； 为了在一个恒定的N分次照射方案中达到一个特 定的生物学效应，如果总治疗时间延长，就要 提高分次剂量； 随着总疗程时间的延长，等效剂量也要相应增加；,（三）时间、剂量、分次的修饰,临床意义： 放射治疗中最容易碰到的问题是，一个分次照 射方案总治