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一、放射生物学基础放射治疗物理手段生物效应电磁辐射X射线射线粒子辐射电子线(线)粒子中子负π介子质子线性能量传递(LET)放射线在单位长度上传递给物质的能量低LET射线:X射线(10kev/μm)射线电子线高LET射线:中子、质子(≥10kev/μm)粒子负π介子电离射线的剂量吸收•射线与（穿射）物质相互作用，其能量被物质吸收•每单位质量吸收的能量单位：Gy•1Gy=100cGy=100rad=1J/Kg，即1kg被辐照的物质吸收1J的能量为1Gy辐射作用的时相•物理过程--能量吸收电离和激发（10-16至10-12秒）•化学过程--自由基形成损伤出现（10-12至10-2秒）•生化过程—DNA受损损伤修复/无法修复/错误修复（1秒至数小时）•生物过程（数小时至十数年）--细胞死亡(肿瘤控制，晚期损伤)，第二原发肿瘤1.1分子水平的放射生物效应射线作用的靶DNA射线引致DNA损伤•直接作用：任何形式的辐射，如X或γ射线等被生物体吸收，直接作用于细胞的关键靶区（DNA），使靶自身被激发或电离，从而产生一系列的生物改变（DNA分子发生损伤而导致断裂）。•间接作用：辐射作用于细胞中的其他原子或分子（通常是水），产生自由基，由自由基作用使靶产生损伤。（能被增敏剂和防护剂修饰）电离辐射的直接和间接作用1.2细胞水平的放射生物效应•G0---静止期•G1---DNA合成前期•S---DNA合成期•G2---DNA合成后期•M---有丝分裂期细胞周期•G0、S期相对不敏感•G1期相对敏感•G2、M期敏感氧效应细胞氧分压的大小能影响细胞的放射敏感性。氧通过辐射所诱发的自由基而增加细胞的损伤，造成不可修复的生物化学变化，引起了加强放射效应的作用。在无氧状态下，细胞的放射敏感性约为有氧状态下的1/3。常规分割放射治疗•常规分割放射治疗：2Gy/次，1次/日，5日/周。•是数十年来的经验方案，是最基本和最常用的放射治疗方法。分次放疗的生物学基础——放射生物学中的4Rs•放射损伤的修复(repair)•细胞周期再分布(redistribution)•乏氧细胞再氧合(reoxygenation)•再增殖(repopulation)放射损伤的修复Repair•影响分次放射反应中最常见的生物现象是亚致死损伤的修复能力。•晚反应组织比早反应组织修复能力大。当分次照射时，与早反应组织（肿瘤组织）相比，晚反应组织可以得到较多的保护。•两次照射间隔（大于6小时），提供正常组织的修复机会。细胞周期的再分布Redistribution•细胞周期有不同的放射敏感性•敏感细胞杀灭，不敏感细胞进入敏感期再氧合Reoxygenation•乏氧细胞的放射敏感性较富氧细胞低约3倍•分次放射治疗后，富氧细胞杀灭，乏氧细胞再充氧，放射敏感性增加血管氧浓度富氧乏氧坏死再增殖（再群体化）Repopulation•在肿瘤体积不断消退的同时，残存的10%存活克隆源性细胞已在快速成长。•进行分割照射时，每次照射量不可能达到破坏全部肿瘤细胞的目的，肿瘤细胞的再增殖是不可避免的。•肿瘤细胞的再群体化往往在疗程开始后的2-3周出现，所以不能随意降低每次放疗剂量和延长疗程时间。•正常组织修复损伤、增殖•肿瘤组织加速再增殖放疗的原理：肿瘤和正常组织在增殖和修复能力上的差异1、5-Fu等：杀灭对放射线相对抗拒的S期细胞，抑制肿瘤细胞DNA的放射损伤修复，以及通过影响细胞周期重分布使周期敏感的细胞成分增加。2、铂类：抑制受损肿瘤细胞DNA的修复；增加乏氧细胞的敏感性。3、紫杉醇类：促使微管聚合，抑制解聚，使细胞阻滞在G2-M期。化疗增敏的机制：二、三维适形、调强放疗2.1三维适形放射治疗3-dimensionalconformalradiationtherapy3DCRT理想的放射治疗技术应是按照肿瘤形状给靶区很高的致死量，而靶区周围的正常组织不受到照射。适形放射治疗定义适形放射治疗为一种治疗技术，使得：高剂量区的形状在三维方向上与靶区（病变）的形状一致。剂量分布靶区适形利用多叶光栅将照射野的形状由普通放疗的方形或矩形调整为肿瘤的形状。使照射的高剂量区在人体内的三维立体空间上与肿瘤的实际形状相一致。提高了肿瘤的照射剂量，保护了肿瘤周围的正常组织，降低放射性并发症，提高肿瘤的控制率。多叶光栅（Multileafcollimator——MLC)2.2调强适形放射治疗IntensityModulationConformalRadiationTherapy,IMRT三维适形放疗及之前的放疗方式使用的都是强度几乎一致的射线，而肿瘤本身的厚度是不均一的，因此造成肿瘤内部剂量分布不均。为了实现肿瘤内部剂量均匀，就必须对射野内的射线强度进行调整。放疗中的凹形靶区，只有用调强方法才能得到这种形状的高剂量分布，而周围正常组织剂量很小。为什么要引入调强放疗？IMRT技术把一束射线分解为几百束细小的射线，分别调节每一束射线的强度，射线以一种在时间和空间上变化的复杂形式进行照射。IMRT通过改变靶区内的射线强度，使靶区内的任何一点都能得到理想均匀的剂量，同时将要害器官所受剂量限制在可耐受范围内，使紧邻靶区的正常组织受量降到最低。IMRT比常规治疗多保护15％～20％的正常组织，同时可增加20％～40％的靶区肿瘤剂量。调强放疗的优点：