放射治疗技术第三章放射生物.ppt

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1、关于放射治疗技术关于放射治疗技术第三章放射生物第三章放射生物现在学习的是第1页，共53页内容复习：1、放疗是利用的X射线怎样的物理特性？2、高能电子线的主要用途？3、简述临床剂量学四原则？4、对于高能X射线和60钴射线的影响因素分别是什么？5、选择电子线能量大小的根据及计算方法？现在学习的是第2页，共53页第三章第三章 临床放射生物学基础临床放射生物学基础现在学习的是第3页，共53页n学习要点n掌握内容：放射生物学的概念n n熟悉内容：临床放射生物学效应、“4R”n了解内容：剂量分割、提高生物学效应的方法、加温治疗现在学习的是第4页，共53页一、放射生物学的基本概念二、临床放射生物学效应三、放

2、射治疗的时间、剂量分割模式四、提高放射生物学效应的方法五、加温治疗的原理及应用现在学习的是第5页，共53页射线为什么能够杀死肿瘤细胞？射线为什么能够杀死肿瘤细胞？现在学习的是第6页，共53页放射生物学概念放射生物学概念n n放射生物学是研究电离辐射在集体、个体、组织、细胞、分子等各种水平上对生物作用的科学。n n涉及范围：原初反应（光能的吸收与传递）、物理、化学和生物学方面的改变现在学习的是第7页，共53页 电离：将电子从基态激发到脱离原子。电离辐射：是指波长短、频率高、能量高的射线（粒子或波的双重形式），是一切能引起物质电离的辐射总称现在学习的是第8页，共53页带电的粒子通过物质时，和物质中

3、原子壳层的电子碰撞，由于静电作用，使壳层电子产生加速运电子碰撞，由于静电作用，使壳层电子产生加速运动，因而获得足够的能量而变成游离电子，它与正离子构成一个离子对。这就是电离作用。这就是电离作用。这就是电离作用。这就是电离作用。离子对是负离子（包括电子离子对是负离子（包括电子e e）与正离子的合）与正离子的合）与正离子的合）与正离子的合称。称。离子对是电离作用的结果。离子对是电离作用的结果。现在学习的是第9页，共53页电离辐射来源电离辐射来源n天然辐射：太阳、宇宙射线、地壳的放射性核素 n人造辐射：医用设备、核反应堆n手机辐射？n“非电离辐射”：能量低，不会引起物质电离。现在学习的是第10页，共

4、53页n n射线对DNA造成损害，而使细胞分裂受到阻碍，导致细胞分裂失败或细胞损伤。现在学习的是第11页，共53页传能线密度传能线密度n n电离辐射贯穿物质时，因碰撞而发生的能量转移，直接电离粒子在其单位长度径迹上消耗的平均能量。现在学习的是第12页，共53页n百分深度剂量是描述射线中心轴不同深度处相对剂量分布的物理量。n传能线密度是描写射线质的一种物理量。现在学习的是第13页，共53页相对生物效能相对生物效能n n引起某一生物效应所需剂量与所观察的辐射引起引起同一生物效应所需剂量的比值现在学习的是第14页，共53页自由基与活性氧自由基与活性氧n n自由基：机体氧自由基：机体氧化反应中产生的化

5、反应中产生的有害化合物，具有强氧化性，具有强氧化性，可损害机体的组可损害机体的组织和细胞，进而织和细胞，进而引起慢性疾病及引起慢性疾病及衰老效应。衰老效应。现在学习的是第15页，共53页n n活性氧是指氧的某些代谢产物和一些反应 的含氧产物。n nO2 、H2O2、-OH是体内活性氧的主要形式。自由基与活性氧自由基与活性氧现在学习的是第16页，共53页n n自由基对DNA的损伤n n自由基对生物膜的损伤自由基与活性氧自由基与活性氧现在学习的是第17页，共53页n n氧效应：受照射的组织、细胞或生物大分子的辐射效应随周围介质中氧浓度的升高而增加。n n氧增强比OER=缺氧条件下产生一定效应所需剂

6、量缺氧条件下产生一定效应所需剂量 有氧条件下产生一定效应所需剂量有氧条件下产生一定效应所需剂量氧效应与氧增强比氧效应与氧增强比现在学习的是第18页，共53页氧效应与氧增强比氧效应与氧增强比 氧 效果 剂量现在学习的是第19页，共53页靶学说靶学说n n靶学说n n单击模型n n多击模型n n单靶与多靶n n靶分子现在学习的是第20页，共53页电离辐射作用的三个阶段电离辐射作用的三个阶段（1 1）物理阶段物理阶段:10-1810-12s射线照射路径上的能射线照射路径上的能量释放、激发和电离（2 2）化学阶段：化学阶段：激发电离，化学键断裂、自由基形成，分子结构破坏和修复正常形成，分子结构破坏和修

7、复正常（3 3）生物阶段：生物阶段：生物阶段：生物阶段：分子结构破坏分子结构破坏 酶反应酶反应 修复修复 基因变异基因变异/癌变癌变 DNADNA不能复制不能复制/细胞死亡细胞死亡 有丝分裂停止有丝分裂停止现在学习的是第21页，共53页影响辐射生物效应的主要因素影响辐射生物效应的主要因素n n辐射有关因素n n辐射种类：电离密度、穿透能力n n辐射剂量：半致死剂量，与敏感性成反比n n辐射剂量率：频率，与生物效应成正比n n分次照射：分次越多，生物效应越小n n照射部位：腹部盆腔头颈胸部四肢n n照射面积：受照面积与生物效应成正比n n照射方式：内、外、混合，多向单向现在学习的是第22页，共5

8、3页影响辐射生物效应的主要因素影响辐射生物效应的主要因素n n机体有关因素n n种系：演化越高，结构越复杂，越敏感n n个体发育：发育完善程度与敏感性成反比（致死、致畸）现在学习的是第23页，共53页一、放射生物学的基本概念二、临床放射生物学效应三、放射治疗的时间、剂量分割模式四、提高放射生物学效应的方法五、加温治疗的原理及应用现在学习的是第24页，共53页n n有丝分裂期M期n nG1期n nDNA合成S期n n分列前期G2期正常组织的放射生物学效应正常组织的放射生物学效应现在学习的是第25页，共53页n n细胞周期放射敏感性为MG2G1S期n n细胞存活曲线：通过测量受不同辐射剂量照射后，

9、有增殖能力的细胞在体内、外形成克隆或集落的能力，即根据其存活率的变化所绘制出的剂量-效应曲线。（临床意义P57）正常组织的放射生物学效应正常组织的放射生物学效应现在学习的是第26页，共53页 细胞存活曲线是用来描述细胞存活曲线是用来描述辐射吸收剂量与存活辐射吸收剂量与存活辐射吸收剂量与存活辐射吸收剂量与存活细胞数量之间的关系细胞数量之间的关系细胞数量之间的关系细胞数量之间的关系。细胞存活（细胞存活（Cell survivalCell survival）和细胞死亡（）和细胞死亡（CellCellDeathDeath）的放射生物学定义：）的放射生物学定义：电离辐射后，细胞有两种主要的效应，即功能电

10、离辐射后，细胞有两种主要的效应，即功能丧失和生殖能力丧失。丧失和生殖能力丧失。对于已分化不再增殖的细胞，如神经细胞、肌对于已分化不再增殖的细胞，如神经细胞、肌对于已分化不再增殖的细胞，如神经细胞、肌对于已分化不再增殖的细胞，如神经细胞、肌肉细胞或分泌细胞，丧失其特殊功能便可认为是死肉细胞或分泌细胞，丧失其特殊功能便可认为是死肉细胞或分泌细胞，丧失其特殊功能便可认为是死肉细胞或分泌细胞，丧失其特殊功能便可认为是死亡；亡；亡；亡；而而而而对于增生细胞，如造血干细胞或离体培养生对于增生细胞，如造血干细胞或离体培养生对于增生细胞，如造血干细胞或离体培养生对于增生细胞，如造血干细胞或离体培养生长的细胞，

11、丧失维持增生的能力，也就是失去完整长的细胞，丧失维持增生的能力，也就是失去完整长的细胞，丧失维持增生的能力，也就是失去完整长的细胞，丧失维持增生的能力，也就是失去完整的增殖能力，便称为死亡，即增殖性死亡的增殖能力，便称为死亡，即增殖性死亡的增殖能力，便称为死亡，即增殖性死亡的增殖能力，便称为死亡，即增殖性死亡（reproductive deathreproductive death）。）。）。）。现在学习的是第27页，共53页n n辐射所致细胞的损伤和修复n n放射性损伤：致死性损伤（不可修复）、亚致死性损伤（可完全修复）、潜在致死性损伤（一定条件下可修复）正常组织的放射生物学效应正常组织的放

12、射生物学效应现在学习的是第28页，共53页正常组织的放射耐受性正常组织的放射耐受性n n耐受剂量n n产生临床可接受的综合征的剂量n n可分为最小的损伤剂量（TD55）和最大损伤剂量（TD505）n nTD55（TD505）：在所有用标准治疗条件的肿瘤患者中治疗后5年内因放射治疗造成严重放射损伤的患者不超过5%（50%）时的照射剂量。现在学习的是第29页，共53页现在学习的是第30页，共53页n n早反应组织的特点是：组织细胞更新快，照射后损伤表现快，一般照射后2-3周表现出来，少数增殖快的组织照射后1-2天后就开始增殖。如小肠、皮肤、黏膜、生殖细胞等。n n晚反应组织的特点是：细胞群体增殖很

13、慢，增殖层的细胞在数周甚至1年或更长的时间内不进行增殖更新。如脑组织、脊髓、肾、肺、肝等。n n肿瘤细胞n n大多数处于增殖期，其对射线反应类似于早反应组织。现在学习的是第31页，共53页L-Q模型（线性二次模型）模型（线性二次模型）n n是将DNA双链断裂与细胞存活曲线联系起来的数学模型。n nBED（biologically effective dose）生物效应剂量。n n基本数学公式 E=d+d2 或 E=nd(+d)BED=nd1+d/(/)其中n代表分次数，d代表单次剂量（单位：Gy）现在学习的是第32页，共53页肿瘤细胞对辐射的反应肿瘤细胞对辐射的反应n肿瘤细胞与正常细胞具有不同

14、的反应系统n肿瘤的存活与有氧细胞和乏氧细胞有关n放射敏感性与组织分化程度相关现在学习的是第33页，共53页n n肿瘤的增殖不受机体正常调控的约束 一般肿瘤内有4种细胞。分裂细胞、静止细胞、无增殖能力的细胞、破碎细胞肿瘤细胞对辐射的反应（肿瘤细胞对辐射的反应（-）现在学习的是第34页，共53页 肿瘤的生长速度决定于生长分数和肿瘤细胞的生成与丢失之比，而与倍增时间关系不大。生成与丢失之比，而与倍增时间关系不大。影响肿瘤的生长速度的因素：影响肿瘤的生长速度的因素：1）肿瘤细胞倍增时间：肿瘤群体的细胞周期）肿瘤细胞倍增时间：肿瘤群体的细胞周期也分为也分为G0G0、G1G1、S S、G2和M期。多数恶性

15、肿瘤细胞期。多数恶性肿瘤细胞的倍增时间并不比正常细胞更快，而是与正常细胞的倍增时间并不比正常细胞更快，而是与正常细胞相似或比正常细胞更慢。相似或比正常细胞更慢。现在学习的是第35页，共53页 2）生长分数：指肿瘤细胞群体中处于增殖阶生长分数：指肿瘤细胞群体中处于增殖阶段（段（段（段（S期期期期+G2期）的细胞的比例。期）的细胞的比例。期）的细胞的比例。期）的细胞的比例。恶性转化初期，生长分数较高，但是随着肿瘤的持续增长，多数肿瘤细胞处于细胞处于G0期，即使是生长迅速的肿瘤生长分数也期，即使是生长迅速的肿瘤生长分数也只有只有20%。3 3）肿瘤细胞的生长与丢失：营养供应不足、坏死脱落、）肿瘤细胞

16、的生长与丢失：营养供应不足、坏死脱落、机体抗肿瘤反应等因素会使肿瘤细胞丢失，肿瘤细胞的生机体抗肿瘤反应等因素会使肿瘤细胞丢失，肿瘤细胞的生成与丢失共同影响着肿瘤能否进行性长大及其长大速度。成与丢失共同影响着肿瘤能否进行性长大及其长大速度。现在学习的是第36页，共53页人类肿瘤典型的动力学参数人类肿瘤典型的动力学参数 细胞周期：细胞周期：约约2天 生长因数：生长因数：约约40%丢失率：约90%90%癌细胞潜在倍增时间：癌细胞潜在倍增时间：约约5天 体积倍增时间：约6060天现在学习的是第37页，共53页n n有氧情况下对辐射敏感n n肿瘤组织分化程度越高，对放射敏感性越差。肿瘤细胞对辐射的反应（

17、二）肿瘤细胞对辐射的反应（二）现在学习的是第38页，共53页肿瘤的剂量肿瘤的剂量效应关系效应关系 临床上肿瘤的治疗成功，是指射线彻底破坏的临床上肿瘤的治疗成功，是指射线彻底破坏的肿瘤组织中肿瘤细胞一个也不残存，或者肿瘤细胞即使残存下来，但受到抑制而不能再发挥其机能。即使残存下来，但受到抑制而不能再发挥其机能。然而，临床上所谓获得基本治愈的局部是否就不复然而，临床上所谓获得基本治愈的局部是否就不复发呢？发呢？TCD50是指受照射的肿瘤中是指受照射的肿瘤中是指受照射的肿瘤中是指受照射的肿瘤中50%50%的肿瘤治愈时的肿瘤治愈时的肿瘤治愈时的肿瘤治愈时所需要的放射剂量。所需要的放射剂量。所需要的放射

18、剂量。所需要的放射剂量。TCDTCD是肿瘤控制剂量（是肿瘤控制剂量（TumorTumorControl Dose）的缩写。）的缩写。）的缩写。）的缩写。现在学习的是第39页，共53页 把接种肿瘤的动物分为若干组，各组给予不同把接种肿瘤的动物分为若干组，各组给予不同剂量照射后观察90-120天，分析各组的治愈率，由天，分析各组的治愈率，由此求出使50%的肿瘤获得治愈所必需的照射剂量。的肿瘤获得治愈所必需的照射剂量。照射时肿瘤体积与TCDTCD5050之间的关系：一般而之间的关系：一般而言，肿瘤体积增大时，TCD5050也随之增大。也随之增大。现在学习的是第40页，共53页一、放射生物学的基本概念

19、二、临床放射生物学效应三、放射治疗的时间、剂量分割模式四、提高放射生物学效应的方法五、加温治疗的原理及应用现在学习的是第41页，共53页常规分割照射的生物学基础常规分割照射的生物学基础n n“4R”n n损伤的再修复、再分布、再氧合、再增殖现在学习的是第42页，共53页n n放疗期间存活的克隆源性细胞的再增殖是造成早反应组织、晚反应组织及肿瘤组织之间效应差别的重要因素之一n n常规分割照射时采用2Gy/次次n n避免治疗的中断，如果中断治疗则需提高总的治疗剂量常规分割照射的生物学基础常规分割照射的生物学基础现在学习的是第43页，共53页n生物剂量：生物体辐射响应程度的测量生物剂量等效换算生物剂

20、量等效换算现在学习的是第44页，共53页/比值原理及意义比值原理及意义n n/比值表示引起细胞杀伤中单击和双击成分相等时的剂量，以吸收剂量单位Gy表示。n n意义在于反映了组织生物效应受分次剂量改变的影响程度。n n/值可以作为衡量修复效应的一个重要指标，/值越大，表明该细胞的修复能力越弱。现在学习的是第45页，共53页实例实例例：头颈部肿瘤，原计划方案是例：头颈部肿瘤，原计划方案是70Gy/3570Gy/35次，由于头次，由于头6 6次发生错误给次发生错误给成了成了4Gy/4Gy/次，而不是次，而不是2Gy/2Gy/次，实际给了次，实际给了24Gy/624Gy/6次，接下来的治次，接下来的治

21、疗将继续用疗将继续用2Gy/2Gy/次治疗。问保持与原方案相等的晚期损伤应用多次次治疗。问保持与原方案相等的晚期损伤应用多次照射？照射？设纤维化的设纤维化的/=3.5 Gy/=3.5 Gy 则：则：BED=70(1+2/3.5)=110BED=70(1+2/3.5)=110 PE1=24(1+4/3.5)=51.4PE1=24(1+4/3.5)=51.4 PE2=BED PE2=BEDPE1=110 PE1=110 51.4=58.651.4=58.6 PE2=D2(1+2/3.5)=58.6PE2=D2(1+2/3.5)=58.6 D2=58.6/1.57=37.3 D2=58.6/1.57

22、=37.3 所以所以N2=37.3/2=18 N2=37.3/2=18 或或=19=19次次现在学习的是第46页，共53页一、放射生物学的基本概念二、临床放射生物学效应三、放射治疗的时间、剂量分割模式四、提高放射生物学效应的方法五、加温治疗的原理及应用现在学习的是第47页，共53页放射增敏剂放射增敏剂与放射防护剂与放射防护剂现在学习的是第48页，共53页n n放射防护剂：降低细胞放射反应的化学因子，它们一般通过清除自由基产物而影响辐射的间接作用。n n放射增敏剂：增加细胞放射反应的化学因子，一般对辐射的直接和间接效应均有促进作用。如：卤素化的嘧啶，它们插入DNA链之间抑制修复，而乏氧细胞增敏剂

23、的作用类似于氧。放射增敏剂放射增敏剂与放射防护剂与放射防护剂现在学习的是第49页，共53页一、放射生物学的基本概念二、临床放射生物学效应三、放射治疗的时间、剂量分割模式四、提高放射生物学效应的方法五、加温治疗的原理及应用现在学习的是第50页，共53页n n局部加热方法：短波透热、射频诱导、微波、超声n n影响因素n n1、PH：酸性敏感n n2、营养：缺乏时敏感n n3、氧：慢性缺氧时敏感n n温度：43n n加热无论是单用还是与放射线合用，对肿瘤组织的损伤均大于对相应正常组织的损伤。现在学习的是第51页，共53页n n放射生物学的概念n n研究电离辐射在集体、个体、组织、细胞、分子等各种水平上对生物作用的科学n n细胞周期放射敏感性高低顺序n nMG2G1S期n n放射治疗常规分割方式n n2Gy/次n n/比值的意义n n反映了组织生物效应受分次剂量改变的影响程度现在学习的是第52页，共53页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第53页，共53页