肿瘤放射治疗—剂量分割

肿瘤放射治疗剂量分割分次放射治疗的生物学基础•1、细胞放射损伤修复•2、周期内细胞再分布•3、氧效应及泛氧细胞的再结合•4、再群体化1、细胞放射损伤修复射线对细胞作用最关键的靶是DNA。目前临床上所用的照射剂量会造成大量的DNA损伤，但是大多数的DNA损伤都可被细胞成功的修复，它与照射后时间长短呈指数关系。现代放射生物学的观点认为，在照射靶组织中的正常组织，按细胞照射后损伤表达的时间不同，可将增值性的组织分为两大类：照射后损伤出现早或增值快的组织为早或急性反应组织；若损伤在照射开始后很长时间才表达或增殖慢的组织称为晚反应组织。早反应组织包括皮肤、粘膜、小肠上皮细胞等；晚反应组织如肺、肾、脊髓、脑等组织。大部分肿瘤组织属于早反应组织，其放射生物学特点与早反应正常组织相仿。正常组织和肿瘤组织α/β值组织类型晚反应组织早反应组织肿瘤组织皮肤肺脑脊髓肠肾α/βGy2.510107.66.93.32.57.93.42、周期内细胞再分布一般来说，分次放疗中存在着处于相对放射抗拒的细胞向放射敏感时相移动的再分布现象，这有助于提高放射线对肿瘤细胞的杀伤效果。但如果未能进行有效的细胞周期内时相的再分布，则有可能成为放射耐受的机制之一。3、氧效应及泛氧细胞的再结合如果用单次大剂量照射肿瘤，绝大多数放射敏感的有氧细胞会被杀死，存活的大多数细胞将是泛氧的。因此照射后放射生物性泛氧比例将接近100%，随后逐渐下降并接近初始值，这种现象就叫做再氧合，特指在剩下的存活细胞中泛氧细胞状态的改变（即放射生物性泛氧比例）。再氧合对临床放射治疗具有重要意义。假如一个肿瘤，90%的肿瘤细胞是氧合好的，10%是泛氧的，在没有氧合的情况下，随着总剂量的增加，每次照射将会杀死越来越少的细胞，应为到后期存活的细胞主要是泛氧细胞。但是在分次照射间隔中发生再氧合，使原来部分泛氧细胞逐渐成为氧合好的细胞，从而对射线敏感，因此泛氧细胞对疗效的影响不会太大。4、再群体化组织损伤后，其中干细胞在集体调节机制的调节下，进行增殖、分化、恢复组织原来形态的过程成为再群体化。在常规放疗期间，大部分早反应组织有一定程度的快速再群体化，而晚反应组织由于它的生物学特性一般认为疗程中不发生再群体化。如果疗程太长，疗程后期的分次剂量效应将由于肿瘤内存活的干细胞已被启动进入快速再群体化而受到损害。早反应组织对放射损伤的修复能力低，修复速度快，照射会加快早反应组织的细胞增殖。因此适当次间隔（不能小于亚致死损伤的修复时间）的分次小剂量拉长疗程的照射会有利于减少早反应正常组织的放射反应。晚反应正常组织对放射损伤的修复能力较大、修复速度慢，为避免晚反应正常组织的损伤，必须减少分次照射的剂量，但拉长疗程不会给它带来太多好处。肿瘤组织属于早反应组织，如果不考虑肿瘤内泛氧细胞的存在，应该采用单次大剂量或少数几次大剂量缩短疗程的照射，以减弱甚至消除其细胞修复能力、修复速度和照射中干细胞的增殖对疗效的影响，确保肿瘤得到局部控制。由于肿瘤组织内部部分泛氧，不能用单次或少数几次大剂量将它们杀灭，加上肿瘤组织周围早、晚反应正常组织的存在和限制，必须采取适当的剂量分次方式。小结体外分次照射方案参数常规分次超分次加速分次非常规大剂量常规大剂量每次剂量（Gy)1.7-2.50.8-1.31.6-2.232.5次数/天12-52-311总次数25-355025-352025疗程时间（周）5-75-745-75总剂量（Gy）45-7055-8040-6530-6030-60变量TDF模型TDF=Nd1.538(T/N)-0.169×10-3式中d为分次剂量（cGy）；T/D为间次平均间隔时间（d）；10-3是一个比例系数。用于长寿命同位素低剂量率连续照射时TDF:TDF=Tr1.35×4.76×10-3T为插植时间（h），r为剂量率(cGy),4.76×10-3是比例系数。短寿命同位素临时性插植治疗，TDF变成：TDF=r01.35×4.76×10-3(1-e-1.35λT)/1.35λ式中λ为同位素衰变常数（h-1）,r0为插植是初始剂量率（cGy）。对短寿命同位素永久性插植，T→∞，上式变为：TDF=λ-1r01.35×3.53×10-3外照射和近距离照射的TDF值可以直接相加：TDF总=TDF外照射+TDF近距离L-Q线性二次模型外推反应剂量ERD又称为生物效应剂量（biologicallyeffectivedose,BED）BED=Nd（1+d/（α/β））上式表达的BED是分次数N的线性函数，因此BED像TDF一样，可以直接进行相加：BED总=BED1+BED2+…上述公式表达的BED中没有考虑到照射后的细胞增殖，所以利用浪费剂量WD，对其进行时间因子的修正：WD=KT式中K为计及整个疗程期T（d）内，因细胞增殖每次照射应增加的剂量：BED=Nd（1+d/（α/β））-K最后(T-T0)T0为细胞增殖的触发时间。正常组织和肿瘤组织BED计算参数组织类型晚反应组织早反应组织肿瘤组织T0(d)0028K(Gy/d)00.20.5K最后=K×(1+d/(α/β))应用实例•例1治疗方案比较：常规每周5次，每次200cGy,共25次，若改为每周3次，共21次，每次剂量应该给多少？解：按TDF模型计算：因肿瘤组织有关TDF参数不知道，假定与正常组织相同，题中又没有规定任何正常组织，按常量TDF模型计算：TDF1=TDF225*2001.538*(7/5)-0.169×10-3=21*d1.538*(7/3)-0.169×10-3d=236.9cGy按L-Q模型计算：1.晚反应正常组织：α/β=2.5Gy,忽略细胞增殖，则有：BED1=BED250*(1+(2/2.5))=21*d*(1+(d/2.5))d=225cGy2.肿瘤：设α/β=10Gy，T0=28天,K最后=0.5*（1+（2/10））=0.6Gy/d,代入BED1=BED2有：50*（1+（2/10））-（35-28）*0.6=21d*(1+(d/10))-(49-28)*0.6d=258cGy3.早反应组织：设α/β=10GyK最后=0.2*（1+（2/10））=0.24Gy/d,代入式中，有50*（1+（2/10））-35*0.24=21d*(1+(d/10))-49*0.24d=242.8cGy例2假设一病变4cm*4cm，用铯-137插植，5天内照射剂量为6000cGy。若用体外4MeV电子束代替铯-137插植，照射同一病变，每周5次，每次剂量应为多少？解：TDF计算：因TDF近距离=TDF体外4.67*10-3*120*501.35=30*d1.35*(40/30)-0.169*10-3解得d=215.8cGy