放射肿瘤学基础理论与临床实践紧密结合

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AccuRayCyberKnifeOrthogonalkVimaging,couchElektaVarianMVandkVradiographs,kVConeBeamCTTomotherapyHelicalscan,lowMVimagingsource;detectorsoptimizedforlow-doseimagingConventionalCTacquiredwithpatientontreatmentMVConeBeamCTUsestreatmentbeam;modifiedEPIDreducesimagingdose•Gantry-mountedkVsource,2EPIDs•kVandMVplanarimaging;kVfluoroscopy•kV-CBCTHiArtSiemensExacTracCT-in-RoomNovalisReal-timetrackingX线r线电磁辐射电子线中子线质子线重离子粒子辐射电离辐射电磁辐射（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6MVX线15MVX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（3DConformalRadiationTherapy,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（conformalIntensityModulatedRadiationTherapy,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CRTIMRT普放CRTIMRTCRT普放常规、CRT和IMRT剂量比较常规、CRT和IMRT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：α射线、β射线、带电的质子和中子的辐射；2、电磁辐射：γ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：α射线（氦核）、质子（氢核）带电荷，中子则不带电荷；质子、中子、α射线、β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1～10万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（freeradical）。自由基•H2○－激发H2○＊H•＋○H•H2○－电离H2○＋＋e-+H2○H2○ˉH•＋○Hˉ＋H+H•+H2○e-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：破坏与脱落、取代、转换DNA链的断裂：①单链断裂：与照射剂量呈线性关系②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）1.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：①重组修复②SOS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：①糖原合成基本无影响②糖异生作用增强③糖酵解，敏感性不同，作用不一④对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①对膜蛋白的影响②对膜脂质的影响③对DNA－膜复合体的影响④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①克隆形成②细胞存活曲线的制作细胞存活曲线的类型①指数存活曲线，呈指数性反比关系。S=e-KDlnS=-KDD=1/K时，S=e-1=0.37②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S＝e－（αD＋βD2）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α型和β型细胞杀伤α代表单击生物效应系数，β代表多击生物效应系数Sα=e-αDSβ=e-βD2S=Sα×Sβ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、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=ndX[1+d/(α/β)]α/β：细胞存活曲线参数之比，一个特定组织或细胞群体的α/β是指在这个剂量值单击和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（biologicaleffectivedose，BED）D21+d1/（α/β）D11+d2/（α/β）D：总剂量，d分次剂量不同分割方案的等效换算基本公式相对生物效应（relativebiologicaleffec，RBE）达到某一生物效应所需之250kvx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（oxygenenhancementratio,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、放射损伤的修复(Repairofradiationdamage)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（Repopulationofthetissue)3、细胞周期的再分布（Redistributionofcellincycle)4、乏氧细胞的再氧合（Reoxygenationofthehypoxiecell)细胞群在分次放疗中的变化-4R规律48亚致死性损伤（sublethaldamage）：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。--------------可修复潜在致死性损伤（potentiallethaldamage）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（lethaldamage）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（sublethaldamage）亚致死性损伤修复速率30min----数小时用亚致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）潜在致死性损伤修复放疗增敏（增加肿瘤细胞损伤）热疗正常组织的保护放射损伤保护剂临床意义细胞周期处于或接近有丝分裂的细胞最敏感晚S期的抗性通常最高若G1期相当长，则G1早期有抗性，G1末期敏感G2期与M期的放射敏感性大致相等不同细胞周期放射敏感性不同化疗药物增敏紫杉醇通过抑制微管的去组装，使细胞周期的运行被终止，使细胞停留在于对放疗敏感的G2和M期分次照射接受照射后，敏感期（M期）细胞被大量杀灭，处于相对放射抗拒