肿瘤放射治疗

肿瘤放射治疗川北医学院附属医院马晓洁目的要求了解：现代放射治疗新技术熟悉：常用放疗设备和放射治疗的质量控制和质量保证掌握：放射治疗的基本原理和临床应用肿瘤放射治疗学1.学科构成2.放射物理学基础及常用放射治疗设备3.放射生物学基本概念4.投照技术学5.放射治疗的临床应用放射治疗发展的重大历史事件1.1895年伦琴发现X射线。2.1898年居里夫妇发现镭。3.1902年Ｘ线用于治疗皮肤癌。4.1902年研制出庞大的200KV级Ｘ线治疗机，开始“深部Ｘ线治疗”时代。5.1924年Failla首倡用含有氡气的金属永久性植入肿瘤区，开始了正规的近距离治疗。6.1950年开始用重水型核反应堆获得大量的人工放射性60Co源，促成了远距离60Co治疗机大批问世。7.1954年美加州大学实验室进行了世界上第一例直线加速器治疗。……一些肿瘤的放射治疗治愈率放射学Radiology放射诊断学(diagnosticradiology)放射治疗学(therapeuticradiology)核医学(nuclearmedicine)放射学radiology临床肿瘤学放射物理学放射生物学放射技术学放射肿瘤学什么人需要放疗？放疗哪里？生物效应？如何实现？使用什么设备、射线？将带来什么效果？副作用？生物物理技术临床临床临床肿瘤放射治疗学：学科构成定义：是研究、应用放射物质、放射能治疗肿瘤的原理和方法的一门临床学科。构成：1.放射物理学：研究各种放射源的性能和特点、剂量和防护。2.放射生物学：研究机体正常组织和肿瘤组织对射线的反应及如何人为地改变这些反应的质和量。3.放疗技术学：研究具体运用各种放射源及设备治疗肿瘤病人，包括射野配置、定位、体位固定、摆位操作等技术实施。4.临床肿瘤学：适应症的选择，放射反应的处理等。放射物理学电离辐射粒子辐射电磁辐射辐射类型X线γ线电子中子质子负π介子重粒子放射源LET类型加速器X线治疗机加速器放射性同位素治疗设备照射方式高LET射线低LET射线远距离治疗近距离治疗远距离治疗放射物理放射物理学及放疗设备1.电离辐射与物质作用2.放射源与放射治疗设备3.放射剂量单位4.放射治疗剂量学四原则一．电离辐射和物质作用能够使物质发生电离的射线称为电离辐射线电离是射线引起物质物理、化学变化及生物效应的主要机制。带电粒子辐射:α粒子、β粒子等非带电粒子辐射：X射线、γ射线、中子等放射物理学1电磁辐射频率高于1016/s、波长小于10-7m以下的电磁波属于电离辐射线，实质为光子线（低LET射线）。放射源不同分类X射线:主要由X射线治疗机、直线加速器等设备产生。γ射线:由人工或天然放射性元素释放。例如60Co治疗机。放射物理学2光子与物质作用的物理效应光电效应:＜35keV低能射线的主要效应入射光子把能量全部传递给轨道电子（主要是内层）而释放出光电子，导致初级电离，光电子的能量等于光子的全部能量减去该电子束缚能.它与吸收物质的原子序数有关．放射物理学康普顿效应：０.5MeV-1MeV入射光子把能量部分传给外层电子，使其成为反冲电子，而光子以较低能量改变射程方向．这是电离辐射在放射治疗的主要吸收方式．放射物理学电子对效应：＞１.02MeV光子与原子核的电荷作用变成正负电子，尤当光子能量＞10MeV时成为主要效应．放射物理学３线性能量传递线性能量传递（LinerEnergyTransfer，LET）表示沿次级粒子径迹单位长度上能量转换．LET反映的是很小一个空间中单位长度（μm）路程上能量转移的多少。LET=△Ｅ／△Ｘ单位为keV/μm放射物理学线性能量传递低LET射线：10MeV深部X射线机和加速器产生的X射线，加速器产生的电子射线，放射源释放的γ射线；高LET射线：100MeVα粒子，加速器产生的高能中子、质子、带电重粒子等高LET射线与低LET射线的不同：1.形成电离吸收峰——Braggpeak;2.相对生物效应大，对含氧状态依赖小，利于杀伤乏氧细胞；3.细胞周期不同时相放射敏感性差异小；4.主要为致死性损伤。放射物理学二放射源与放射治疗设备1放射源的种类：放射性同位素释放出的α、β、γ射线。X线治疗机和各类型加速器产生不同能量的X射线。各类加速器产生的电子束，质子束，中子束等。放射物理学２基本照射方式远距离照射（Tele-therapy)位于体外一定距离（20－100cm）。近距离照射（Brachytherapy）分为腔内和组织间照射。内用同位素治疗（RadioisotopeTherapy）放射物理学3放疗常用的治疗机加速器放射物理学普通X线机（浅、中、深层）Co-60机放射剂量单位吸收剂量（D）单位：戈瑞（Gray、Gy）=焦耳/千克，1Gy=100cGy百分深度剂量（PDD）射野中心轴不同深度的剂量百分比剂量参考点6MV15MV照射剂量：单位为戈瑞（Gary,Gy）1Gy：1kg物质吸收１J能量．1Gy=100cGy剂量率：单位时间内照射的剂量称为剂量率,目前常用外照射剂量率在100-1000cGy/min内，生物效应差别不大放射生物学剂量学原则•肿瘤剂量要准确，照射野要对准靶区•靶区剂量要均匀•射野设计要尽量提高肿瘤剂量及减少照射区正常组织剂量（优化）•保护肿瘤周围重要脏器，至少不使其受超量照射（重要器官的保护）CancerCenterSUMS三高能电子束临床剂量学特点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。放射物理学电子束深度剂量曲线常规面颈联合野能量：6MV大小：14×14cm参考点：射野中心剂量：200cGy最大剂量：271cGy最大剂量点：皮下1.5cm180cGy剂量线未能包全对侧隐窝同侧颞颌关节完全受到240cGy照射放射生物学电离辐射生物效应的发展所需时间电离辐射10-16秒10-5秒数秒至数小时数分至数小时数小时至数年能量吸收分子的电离和激发（直接作用）（间接作用）生物高分子变化生理效应生化损伤突变亚显微损伤可见损伤远期效应机体死亡细胞死亡放射生物学DNA自由基射线的生物效应放射线DNA损伤DNA生物大分子直接作用间接作用一放射线的生物效应1.直接作用：有机自由基使DNA链断裂.（高LET射线的主要损伤方式）2.间接作用：水分子电离产生的强自由基（H+OH-）并弥散到DNA上造成损伤。（低LET射线为主）间接作用直接作用放射生物学3细胞的放射反应细胞增殖性死亡：细胞照射后不可逆的丧失无限分裂增殖的能力细胞间期死亡：细胞受照射后，所有细胞功能都终止，最终发生细胞溶解放射生物学4细胞损伤主要影响因素细胞本身的生物学特性1923年，Bergonie-Tribondeau在用大鼠研究放射效应时，提出B-T定律：组织的放射敏感性与细胞分裂活跃性成正比,与分化程度成反比。放射生物学氧富氧有利射线在组织中产生自由基，有利于对细胞的损伤。氧固定假说。氧增强比（oxygenenhancementratio,OER）描写某种射线其放射敏感性对细胞含氧状态依赖关系的物理量。OER=D0乏氧细胞／D0有氧细胞相对生物效应（relativebiologicaleffect,RBE）描写不同质射线对同一种细胞生物效应大小。一般用250kev的X射线作为标准射线放射生物学相对生物效应（relativebiologicaleffect,RBE）描写不同质射线对同一种细胞生物效应大小产生一定生物效应标准射线剂量RBE=产生同样生物效应的另一种射线剂量LET变化时OER和RBE的改变放射生物学细胞照射后的存活曲线-氧效应正常组织和肿瘤细胞在分次照射中的4个变化（4R）肿瘤细胞放射损伤的修复（Repair）致死性损伤亚致死性损伤潜在致死性损伤肿瘤细胞的再增殖（Regeneration）残存细胞加速再增殖、G0期细胞进入增殖周期细胞周期再分布（Redistribution）M期和G2末期敏感S期敏感性低G0期抗拒乏氧细胞的再氧合（Reoxygeneration）G2SG1MG0①细胞放射损伤的修复（repairofradiationdanmage）一般将细胞的放射损伤概况为3种类型亚致死损伤（sublethaldamage）：指受照射之后，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。它是一种可修复的放射损伤，对细胞死亡影响不大，但亚致死损伤的修复会增加细胞存活率。潜在致死损伤（potentiallethaldamage）：指正常状态下应当在照射后死亡的细胞，若在照射后置于适当条件下由于损伤的修复又可存活的现象。致死损伤（lethaldamage）：指收照射后细胞完全丧失了分裂繁殖能力，是一种不可修复、不可逆和不能弥补的损伤①②周期内细胞的再分布（redistributionwiththecellcycle）大量的研究表明：S期细胞放射抗拒，G2、M期细胞放射敏感，其原因可能是G2期细胞在分裂前没有充足的时间修复放射损伤。哺乳动物细胞在增殖周期内不同期的细胞有不同的放射敏感性，分割放疗将会使最敏感的细胞选择性地明显减少，而留下较大比例的对放射相对抗拒的细胞。③氧效应及乏氧细胞的现再氧合（oxygeneffectandreoxygenation）氧效应：细胞对电离辐射的效应依赖于氧的存在，人们把氧在放射线和生物体相互作用中所起的影响称为氧效应。肿瘤乏氧：实体瘤的生长需要不断地诱导血供，这个过程称之为血管生成。新形成的血供是原始性的，不能满足生长中肿瘤的需要，因此造成营养不良和供氧不足区域。乏氧细胞的再氧合：一般肿瘤内乏氧细胞比例约为15%～20%。一次照射后肿瘤细胞群中乏氧细胞比例增加，可高达100%。经过一段间隔时间后，由于瘤体缩小，耗氧减少以及血管供应改善，乏氧细胞逐渐再氧合。④再群体化（repopulation）照射可启动肿瘤内存活的克隆源细胞，使之比照射以前分裂的更快，这称之为加速再群体化放射治疗期间存活的克隆源性细胞的再群体化是造成早反应组织、晚反应组织及肿瘤之间效应差别的重要因素。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；晚反应组织由于其生物学特性一般认为疗程中不再发生再群体化。如果放疗疗程过长、疗程后期的分次剂量效应将由于肿瘤内存活干细胞已被启动进入快速再群体化而受到损害。二放射线对正常组织器官作用正常组织耐受量（5年内）A最小的器官损伤剂量(TD5/5)B最大的器官损伤剂量(TD50/5)早反应组织—快更新组织α/β：10晚反应组织—慢更新组织α/β：1-3区分早反应组织和晚反应组织有利于临床上改变分次照射方案的制定。放射生物学肿瘤组织早反应组织晚反应组织修复能力低低强修复速度T1/2快0.5h快0.5h慢1.5-2.5h放射生物学增殖能力强强无或低增殖速度较快快慢分割放疗的生物学基础肿瘤组织早反应组织晚反应组织分割剂量影响小影响小影响大间隔时间影响小影响小影响大6h疗程时间影响大影响大影响小总剂量影响大影响大影响大放疗原则：以较小的分割剂量、在尽可能短的总疗程内给予一定的总剂量。放射生物学三肿瘤的放射敏感性放射敏感肿瘤：淋巴类肿瘤,白血病,精原细胞瘤等中度敏感肿瘤：鳞癌不敏感或敏感差的肿瘤：大多数腺癌和肉瘤类放射生物学放射生物学放疗疗效与并发症的关系放射性损伤及修复形式细胞损伤损伤突变致死性损伤/死亡亚致死性损伤增殖性死亡辐射诱发癌一定时间内修复潜在致死性损伤适宜环境下修复间期死亡放射线对正常组织器官作用正常组织器官耐受量最小耐受量TD5/5最大耐受量TD50/5正常组织早反应组织晚反应组织分类定义举例修复方式调整策略快更新的组织慢更新基本无更新皮肤造血前体细胞小肠隐窝细胞睾丸精原细胞肺脊髓膀胱肾脑再增殖结缔组织生长、纤维化降低总剂量降低分割剂量1.组织对放射线的敏感性与其增殖能力成正比，与其分化程度成反比。2.一定剂量下，受照射体积越大，反应越大。3.身体状况、有无伴发其它疾病、年龄等也是影响因素。放射线对正常组织器官作用放射治疗的临床应用放射治疗的临床应用1.治疗原则2.