物理剂量和生物剂量换算精选PPT.ppt

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1、关于物理剂量和生物剂量换算第1页，讲稿共37张，创作于星期二放射治疗中的两个主要的剂量参量:物理剂量-吸收剂量(剂量)(ABSORBED DOSEABSORBED DOSE,DOSE,)生物剂量-生物等效剂量(等效剂量)(IsoEffect Dose,EQD2)生物效应剂量 (Biological Effective Dose,BED)第2页，讲稿共37张，创作于星期二 根据国际原子能委员会第30号报告定义，“生物剂量”是指对生物体辐射响应程度的度量。“物理剂量”与“生物剂量”是两个不同的概念,但相互之间又有密切的关系.第3页，讲稿共37张，创作于星期二物理剂量-放射治疗中的外因放射治疗中的外

2、因,是放射治疗的必要条件是放射治疗的必要条件.生物剂量生物剂量-放射治疗中的内因放射治疗中的内因,是放射治疗的基本基础是放射治疗的基本基础.“外因必须通过内因才能起作用!”不提供”物理剂量”,当然就谈不上放射治疗当然就谈不上放射治疗;但是不考虑人体组织对放射性射线的不同的生物效应,肿瘤控制率和生存质量就无从谈起.因为肿瘤控制率和生存质量就是通过”生物剂量”来衡量的.第4页，讲稿共37张，创作于星期二一 物理剂量 物理剂量-吸收剂量(剂量)(ABSORBED DOSEABSORBED DOSE,DOSE,)n n1 吸收剂量定义吸收剂量定义11 n n 吸收剂量是指任何电离辐射，授予质量为dm的

3、物质的平均能量d除以dm所得的商，即：d D=(1)n n dm第5页，讲稿共37张，创作于星期二 2 吸收剂量的基本单位吸收剂量的基本单位 国际单位制单位：焦耳每国际单位制单位：焦耳每 千克千克 ，焦耳，焦耳.千克千克 -1-1（J J.KgKg-1-1）专名专名 ：戈瑞，戈（：戈瑞，戈（Gy),Gy),毫戈瑞（毫戈瑞（mGymGy），），微戈瑞微戈瑞(GyGy）专用单位专用单位 ：拉德（拉德（radrad）1 1戈瑞（戈瑞（GyGy）=1=1焦耳焦耳.千克千克 -1-1（J J.KgKg-1-1）1 Gy=101 Gy=103 3mGy=10mGy=106 6 GyGy 1rad=10 1

4、rad=10-2-2Gy=1cGyGy=1cGy第6页，讲稿共37张，创作于星期二3 放射性射线对生物体的基本作用 放射性射线对生物体的主要作用是电离作用.通过该作用,一方面把自己的能量交给了生物体,同时就使生物体内产生有害的自由基（H.,OH.,R.）及H2O2和e-ag等.这可对肿瘤组织产生损伤或不可逆损伤，从而达到治癌的目的;同时对正常组织也能造成放射性损伤和致癌,从而造成对生存质量的影响.第7页，讲稿共37张，创作于星期二4 物理剂量的本质 从物理剂量的定义,单位和与生物体的基本作用中看到:物理剂量的本质就是对生物体从射线场得到多少能量的一种描述.当然,能量越多,生物效应越明显.但多少

5、是合适的呢?”既能最大地杀死肿瘤组织又能最大地保护正常组织?”,它就无能为力了.这就要由肿瘤组织和正常组织的放射生物特性来决定了.肿瘤组织和正常组织的放射生物特性,目前就由生物剂量来描述.由它来决定需要多少能量才最合适.这就是“外因必须通过内因才能起作用!”第8页，讲稿共37张，创作于星期二二 生物剂量 随着”放射生物学”的发展,”生物剂量”的概念也有一个发展的过程.最早是1969年年Ellis提出的名义标称剂量名义标称剂量概念及表达式(Norminal Standard Dose NSD),这是根据正常结缔组织耐受量，结合皮肤红斑，鳞状细胞癌的等剂量曲线而总结出来的。该公式可以理解为正常组织

6、放射反应相同的情况下的总剂量,时间，分次的函数关系，NSD可以看作生物学有效剂量。当使用不同治疗方案时只要NSD相同，就可以说使用了相同的生物剂量。如结缔组织耐受的数值接近1800Ret。第9页，讲稿共37张，创作于星期二 但在1972年年Kellerer和Rossi提出线性平方模型及表达式(Linear Quadratic equation L-Q公式 /方程)后,大家就越来越倾向于由此公式推导出的EQD2 和BED公式来描述放射治疗中的生物剂量了.即:生物等效剂量(等效剂量)(IsoEffect DoseIsoEffect Dose,Equivalent Dose in 2 Gy/f,EQ

7、D2)生物效应剂量 (Biological Effective Dose,BED)第10页，讲稿共37张，创作于星期二1 生物等效剂量(等效剂量)(Equivalent Dose in 2 Gy/f,EQD2)1)生物等效剂量生物等效剂量(等效剂量)计算公式 等效剂量（等效剂量（EQD2）的计算是在）的计算是在/公式基础上推导而得的公式基础上推导而得的:在常规放疗方案中，在常规放疗方案中，d2 2=Dt/N=2Gy，就有：，就有：n n2 d d2 2=n1 1d1 1(/+d(/+d1 1)/(/+2)55 (2)2)n2 2d2 2我们称它为治疗方案（我们称它为治疗方案（n n1 1d d

8、1）的等效剂量（）的等效剂量（EQD2）.公式（公式（2）就是等效剂量（EQD2 2）的计算方程式。）的计算方程式。第11页，讲稿共37张，创作于星期二 从公式（从公式（2 2）中我们看到,等效剂量（等效剂量（EQDEQD2 2）除了和物理剂量n1 1d1 1有关外,还和:(1)组织的/值有关值有关,而组织的/值的大小 就反映了组织的放射性生物特性就反映了组织的放射性生物特性.一般来说,早 反应组织和肿瘤组织的反应组织和肿瘤组织的/值比较大值比较大,晚反应 组织的组织的/值比较小.则在同样的外因则在同样的外因(物理剂物理剂 量量)下,由于两种组织的内因(放射性生物效应放射性生物效应)不同而造成

9、各自的等效剂量不同.(2)(2)还和分次量(d1)的大小有关的大小有关.因为两种组织的放 射性生物效应对分次量的依存关系不一样射性生物效应对分次量的依存关系不一样,这这 就是内因不同在起作用的结果就是内因不同在起作用的结果.第12页，讲稿共37张，创作于星期二2)等效剂量与物理剂量的比值()从生物等效剂量计算公式我们可以得到:=n2 d2/n1d1 =(/+d1)/(/+2)(3)-等效剂量（EQD2）与物理剂量的比值第13页，讲稿共37张，创作于星期二等效剂量与物理剂量的比值()表表 /d12Gy3Gy10Gy15Gy1.0 Gy/F0.750 0.800 0.917 0.9411.1 Gy

10、/F0.775 0.820 0.925 0.9471.2 Gy/F0.800 0.840 0.933 0.9531.5 Gy/F0.875 0.900 0.958 0.9712.0 Gy/F1.000 1.000 1.000 1.0003.0 Gy/F1.250 1.200 1.083 1.0594.0 Gy/F1.500 1.400 1.167 1.1185.0 Gy/F1.750 1.600 1.250 1.176第14页，讲稿共37张，创作于星期二等效剂量与物理剂量的比值()曲线第15页，讲稿共37张，创作于星期二 从等效剂量与物理剂量的比值从等效剂量与物理剂量的比值()的表格和曲线中我

11、们看到:(1)(1)当分次量当分次量(d1 1)2Gy)2Gy时时,等效剂量（等效剂量（EQD2 2）都大于物）都大于物理剂量理剂量n1d1.虽然虽然早反应组织和肿瘤组织的等效剂量上早反应组织和肿瘤组织的等效剂量上升了升了,但晚反应组织的等效剂量上升更多但晚反应组织的等效剂量上升更多.这就是大分割虽这就是大分割虽然可以提高肿瘤控制率然可以提高肿瘤控制率,但晚反应组织反应偏重的道理.在此情况下,我们为了保护晚反应组织就不得不减少物理我们为了保护晚反应组织就不得不减少物理剂量剂量.(3)(3)但大分割对生长快的肿瘤的治疗但大分割对生长快的肿瘤的治疗,在临床上还是有一定作用的.第16页，讲稿共37张

12、，创作于星期二 公式(2)(2)基本上是用在外照射中基本上是用在外照射中,而外照射基本属于而外照射基本属于“急速急速照射照射”，2Gy/min在照射期间基本不发生再修复；而照射和照射之间的间隔又大于6小时（即使是超分割），则亚致死损伤基本上完全修复了66,此时可用等效剂量（EQDEQD2）的基本表达式）的基本表达式,可不作修正。但在临床的治疗中，有时候亚致死损伤并没有完全修复（如超分割照射时间间隔不足6 6小时；低剂量率长小时；低剂量率长时间照射等），则应该在等效剂量（时间照射等），则应该在等效剂量（EQD2）的基本表达式基础上作一些必要地修正，引入不完全修复因子（h hm)77；又有些治疗方

13、案由于治疗总天数太长，超过了肿瘤快速再增殖的起始天数(T(T)则在治疗期间就发生了则在治疗期间就发生了再增殖，等效剂量（再增殖，等效剂量（EQD2 2）基本表达式也需要作相应修正）基本表达式也需要作相应修正77。第17页，讲稿共37张，创作于星期二2 生物效应剂量 (Biological Effective Dose,BED)1）生物效应剂量（BED）的 基本表达式 11 生物效应剂量（BED）的基本表达式也是由/方程转换而得,只要便可得到生物效应剂量（BED）基本表达式，即：E/=n(d+d2/)（4）BED=D（1+d/（/）（5）（5）式即为生物效应剂量（BED）的基本表达式。第18页，

14、讲稿共37张，创作于星期二 式中：式中：BED-生物效应剂量，生物效应剂量，（Gy）D-肿瘤治疗物理总剂量，（Gy）d-d-分割剂量，分割剂量，（Gy/Gy/次）/-该种组织的该种组织的/值。值。（GyGy）第19页，讲稿共37张，创作于星期二 2）生物效应剂量（BED）综合表达式1,81,8 若进一步考虑放射分割照射期间组织放放射性损伤未完全修复射性损伤未完全修复和照射治疗期间肿瘤肿瘤细胞的代偿性增殖细胞的代偿性增殖两项因素，则生物效应剂量（BED）基本表达式可以扩展为生物效应剂量（BED）综合表达式。表达式如下：第20页，讲稿共37张，创作于星期二 d 2K d 2K（1-K1-Kn n）

15、BED=DBED=D（1+1+（-）（）（）（）（1-1-）-（T-TT-T）/n n（1-K1-K2 2）(6)(6)T T 治疗总时间，治疗总时间，（天）（天）T T 细胞增殖开始时间细胞增殖开始时间,（天）（天）K=eK=e-t t 亚临床放射损伤修复因子亚临床放射损伤修复因子,=0 T=0 T=2828天及晚反应组织天及晚反应组织,=0.85Gy/=0.85Gy/天天 T T2828天肿瘤增殖因子，天肿瘤增殖因子，=1.4/=1.4/小时小时 /=10Gy,=10Gy,=0.46/=0.46/小时小时 /=3Gy=3Gy，t t 两次照射间的时间间隔。（两次照射间的时间间隔。（小时）小

16、时）n n 总总照射次数照射次数第21页，讲稿共37张，创作于星期二几种组织的 和 值组织/参数（days)(Gy/day)口腔粘膜7-非小细胞肺癌140.66头颈部鳞癌210.5-0.7食道癌280.5-0.7鼻咽癌280.85第22页，讲稿共37张，创作于星期二从公式(6)看到:生物效应剂量（BED）值除了和组织的/值,分次量(d1)的大小有关外,还和经照射后组织的”再修复”及肿瘤(早反应组织)的”再增殖”能力的大小有关.这就涉及到各种不同组织的放射生物效应的问题了.如”半修复时间(repair half-time)22()”,两次照射间的时间间隔(t),细胞增殖起始时间(T ),肿瘤增殖

17、因子()及治疗总时间(T)等.这些都是”内因”.即使在相同的”外因”下也会得到不同的治疗结果.这就是”外因”必须通过”内因”起作用,只有这样才能达到理想的效果.第23页，讲稿共37张，创作于星期二练习n nBED=D1+d/（/）n n请对比以下请对比以下2种方案的种方案的BED：n n1、60Gy/30次；次；n n2、50Gy/5次；次；n n请对比体部伽马刀早期肺癌治疗方案请对比体部伽马刀早期肺癌治疗方案BED：n n3、50Gy/10次；次；n n4、60Gy/10次；次；n n5、70Gy/10次；次；第24页，讲稿共37张，创作于星期二练习n nBED=D1+d/（/）n n请对比

18、请对比TOMO常用治疗方案常用治疗方案BED：n n1、50Gy/20次次=62.5；n n2、60Gy/20次次=78；n n3、70Gy/20次次=94.5；第25页，讲稿共37张，创作于星期二三 外因和内因在临床治疗中的应用 ”外因”必须通过”内因”才能起作用,在放射治疗临床应用中必须清楚地认识到这一点!我们必须充分清楚地认识:”生物的放射生物规律生物的放射生物规律”,然后再来选择合适的”外因”.只有这样才能使”外因”更好地发挥作用,真正地让放射治疗在肿瘤治疗中发挥更大的作用!第26页，讲稿共37张，创作于星期二1 射线种类的选择 不同种类的射线与人体作用时有不同的放射生物效应.1)低L

19、ET射线对乏氧细胞不敏感而 高LET射线对乏氧细胞敏感.2)中子的生物效应大小与其能量大小有关,一般来说其生物效应是X,线的好几倍.第27页，讲稿共37张，创作于星期二2 射线衰减特性的选择 不同种类的和不同能量的射线在人体内有不同的衰减特性(吸收特性).我们就必须根据肿瘤的具体位置,大小和周围脏器的分布来具体选择射线的种类和能量的大小.只有这样才能使在肿瘤治疗的前提下,周围脏器得到最大的保护.注意:高LET射线和质子射线在衰减特性上具 有”bragg”峰,而峰的位置和宽度与能量 大小有关.第28页，讲稿共37张，创作于星期二第29页，讲稿共37张，创作于星期二3 射线的剂量率的选择 生物的放

20、射性行为还和射线的剂量率有关,这主要是由”4R”规律来决定的.一般来说,在放射治疗临床上分三种剂量率照射66.三种剂量率照射在临床上生物效应不一样,故在临床上对剂量率应该作出选择.一旦在剂量率无法作出选择的情况下,则相应的生物计算就要作出相应的修正9,109,10,当然临床治疗计划也应作出相应的变更.第30页，讲稿共37张，创作于星期二1)急速照射:急速照射指剂量率在急速照射指剂量率在2Gy/min2Gy/min以上的照射以上的照射,多多数真核细胞有生物学意义的照射在几分钟完成数真核细胞有生物学意义的照射在几分钟完成,极少或不极少或不发生发生DNA单链的修复.一般情况下,外照射属于这种照射外照

21、射属于这种照射.2)2)慢速照射:慢速照射指剂量率在0.0.2cGy/min的照射的照射,有生物学意义的剂量需几小时才能完成,DNA单链断裂单链断裂的修复基本是完全的的修复基本是完全的.3)迁延性照射迁延性照射:剂量率介于两者之间的照射就是剂量率介于两者之间的照射就是 ”迁延性照射迁延性照射”.在这个区域里有生物学意义的照射剂量的在这个区域里有生物学意义的照射剂量的给出时间和给出时间和DNADNA单链断裂的修复速率常数差不多,可以可以观察到剂量率效应观察到剂量率效应11,1211,12.而而IMRTIMRT照射由于照射时间延长到照射由于照射时间延长到20-4020-40分钟则从剂量率这一点来看

22、,属于属于”迁延性照射迁延性照射”.则存在剂量率效应,生物效应会下降生物效应会下降10-15%10-15%66.第31页，讲稿共37张，创作于星期二4 照射分次量的选择 在临床治疗选择照射分次量时首先必须认识到人体组织的”内因”-人体内的组织对放射性的行为分为人体内的组织对放射性的行为分为”早反应早反应组织组织”和和”晚反应组织晚反应组织”,它们对照射分次量的放射生物反应各不一样.分次量大,则晚反应组织的放射生物反应比早反应则晚反应组织的放射生物反应比早反应 组织的放射生物反应严重.分次量小分次量小,则早反应组织的放射生物反应比晚反应 组织的放射生物反应严重组织的放射生物反应严重.第32页，讲

23、稿共37张，创作于星期二第33页，讲稿共37张，创作于星期二 则在临床选择照射分次量时就应该根据内因的生物特性和内因治疗需要来选择照射分次量.生长快的肿瘤,而控制肿瘤生长作为主要目的的治疗中就可以选择大分次量照射.为了不使晚反应组织的放射生物反应太重就不得不适当降低治疗总剂量.对根治性治疗病人,而这种肿瘤在治疗期间又可能发生快速”再增殖”的,就可以选择小分次量照射(超分割),并适当增加治疗总剂量以提高肿瘤控制率.第34页，讲稿共37张，创作于星期二5 照射总剂量的选择 照射总剂量的选择基本上根据70多年临床经验来选择.但:根据病人的具体病情可作适当调整.照射总剂量的选择和照射分次量的选择有关,

24、注意要作生物学计算.现在有用”生物等效剂量”代替”物理照射总剂量”的苗头.用”内因”代替”外因”来制定治疗计划,似乎更符合客观规律.第35页，讲稿共37张，创作于星期二练习n nBED=D1+d/（/）n n 患者赵患者赵患者赵患者赵*，男，胰头癌。半年前放疗，男，胰头癌。半年前放疗，男，胰头癌。半年前放疗，男，胰头癌。半年前放疗40Gy/2040Gy/20次，十次，十次，十次，十二指肠受照射剂量为二指肠受照射剂量为二指肠受照射剂量为二指肠受照射剂量为30Gy/2030Gy/20次。本次发现肿瘤原位复发，次。本次发现肿瘤原位复发，次。本次发现肿瘤原位复发，次。本次发现肿瘤原位复发，拟行再程放疗

25、，十二指肠受量拟行再程放疗，十二指肠受量拟行再程放疗，十二指肠受量拟行再程放疗，十二指肠受量20Gy/520Gy/5次，请问十二指肠受量次，请问十二指肠受量次，请问十二指肠受量次，请问十二指肠受量是否超过规定耐受量？是否超过规定耐受量？是否超过规定耐受量？是否超过规定耐受量？n n注：注：注：注：1 1、十二指肠受量为、十二指肠受量为、十二指肠受量为、十二指肠受量为50Gy/2550Gy/25次；次；次；次；n n 2 2、既往放疗后亚致死损伤修复忽略不计；、既往放疗后亚致死损伤修复忽略不计；、既往放疗后亚致死损伤修复忽略不计；、既往放疗后亚致死损伤修复忽略不计；第36页，讲稿共37张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第37页，讲稿共37张，创作于星期二