近距离治疗的放射生物学ppt课件

1、 近间隔治疗的放射生物学近间隔治疗的放射生物学 中国医学科学院肿瘤医中国医学科学院肿瘤医院放射治疗科院放射治疗科 杨伟志杨伟志 一.概述： 近间隔治疗的三种主要方式：低剂量率近间隔治疗Low dose rate brachytherapy LDR，高剂量率近间隔治疗High dose rate brachytherapy HDR，脉冲近间隔治疗(Pulsed brachytherapy PDR)。概述概述n早期的经典治疗系统都是采用低剂量率照射nLDR近间隔照射：n三个主要特点n(1)照射的实施是在肿瘤内或肿瘤附近，因此通常可以到达理想的剂量分布，这是它的物理学优点。n由于是在一段时间内继续进

2、展照射，因此治疗期间可发生亚致死损伤的修复。n通常在较短时间内完成治疗，因此它的治疗总时间大大短于外照射。LDR延续照射具有与超分割外照射类似的生物学优点。 概述概述 n高剂量率后装技术高剂量率后装技术与其物理学定义相对应剂量率与其物理学定义相对应剂量率12Gy/hrHDR在生物学上被定义为：在生物学上被定义为：剂量率高到足以在很短时间内短于亚剂量率高到足以在很短时间内短于亚致死损伤的修复，即致死损伤的修复，即1小时完成照射。小时完成照射。从而使在从而使在1或或5分钟内所实施的照射剂量分钟内所实施的照射剂量效应差别不大效应差别不大n照射期间内数分钟内坚持良好的物照射期间内数分钟内坚持良好的物理

3、学剂量分布理学剂量分布 概述概述n脉冲近间隔治疗脉冲近间隔治疗n是用活度大于传统是用活度大于传统LDR近间隔治疗的放近间隔治疗的放射源，射源， n进展每小时内数分钟进展每小时内数分钟1-10分钟的短分钟的短时、延续反复。时、延续反复。n每次脉冲期间，高活度源受计算机控制每次脉冲期间，高活度源受计算机控制将依次传输到一切插植针管并在每个贮将依次传输到一切插植针管并在每个贮留位停留预定时间，以到达预期的剂量留位停留预定时间，以到达预期的剂量分布分布 二.剂量率效应：1.剂量率区域的时标：剂量率区域的时标：照射可以按其剂量率效应的不同分别称为照射可以按其剂量率效应的不同分别称为急速照射急速照射迁延性

4、照射迁延性照射慢速照射。慢速照射。n 急速照射 n 指剂量率在2Gy/min以上照射。n 在多数真核细胞系统中有生物学意义的照射剂量将在数分钟内给完，在照射过程中极少发生或不发生DNA单链断裂的修复，也看不见剂量率效应。 慢速照射慢速照射 指剂量率低于指剂量率低于210 -3 Gy/min , 在多数真核细胞系统中，有生物学意义的照射剂在多数真核细胞系统中，有生物学意义的照射剂 量将需求量将需求数小时才干给完，数小时才干给完，DNA单链断裂的修复大致是完全的。单链断裂的修复大致是完全的。迁延性照射迁延性照射 剂量率低于剂量率低于2Gy/min但高于但高于210 -3 Gy/min 在这个区域里

5、，有生物学意义的照在这个区域里，有生物学意义的照射剂量的给出时间和射剂量的给出时间和DNA单链断裂单链断裂的修复速率常数差不多，可以察看的修复速率常数差不多，可以察看到剂量率效应。表现为剂量率变化到剂量率效应。表现为剂量率变化时生物效应关系也随之变化。时生物效应关系也随之变化。 留意：留意：给这三个剂量率区域下定义时，并不想给予硬性的给这三个剂量率区域下定义时，并不想给予硬性的限制。由于剂量率效应还取决于细胞种类、放射敏限制。由于剂量率效应还取决于细胞种类、放射敏感性、修复才干、温度以及细胞代谢活性等一系列感性、修复才干、温度以及细胞代谢活性等一系列复杂要素。但总的来说，它可作为大多数真核细胞

6、复杂要素。但总的来说，它可作为大多数真核细胞系统中有普遍意义的数值。系统中有普遍意义的数值。2.剂量率效应的实验室任务剂量率效应的实验室任务n实施照射时的剂量率效应是决议某一既定总剂量生物学结局的重要要素之一。n高剂量率或低剂量率照射的细胞存活曲线呈不同的形状。3.剂量率效应的机制剂量率效应的机制n图4.1. 不同剂量率照射后细胞剂量率效应的表示图 剂量率效应的机制：剂量率效应的机制： 亚致死损伤的修复亚致死损伤的修复 速率普通为速率普通为30分钟到数小时。分钟到数小时。 计算阐明，当剂量率范围从计算阐明，当剂量率范围从1Gy/min降低到降低到0.1Gy/min，这个速度的修复将会修饰放射，

7、这个速度的修复将会修饰放射效应。效应。 在在LDR治疗，由于总照射时间的关系，亚致死治疗，由于总照射时间的关系，亚致死损伤的修复是最重要的要素损伤的修复是最重要的要素 剂量率效应的机制：剂量率效应的机制： 周期内细胞的再分布周期内细胞的再分布 快增殖组织在几天内发生周期细胞的再分布。快增殖组织在几天内发生周期细胞的再分布。 在短间隔治疗，再分布能够只与用相对长的半在短间隔治疗，再分布能够只与用相对长的半衰期的放射性核素的植入有关衰期的放射性核素的植入有关 如如125I半衰半衰期期59.6天。天。剂量率效应的机制剂量率效应的机制 再群体化再群体化 再群体化是一个很慢的过程，这个范围再群体化是一个

8、很慢的过程，这个范围能够是很宽的，从几天到几周。能够是很宽的，从几天到几周。 无论是肿瘤还是正常组织，当剂量率在无论是肿瘤还是正常组织，当剂量率在很低的范围低于很低的范围低于2cGy/min，将影，将影响生物效应响生物效应剂量率效应的机制剂量率效应的机制 乏氧细胞的再氧合乏氧细胞的再氧合 目前还不知道再氧合确实切发生时间，能够是目前还不知道再氧合确实切发生时间，能够是几天几天Steel 1986。 再氧合在再氧合在LDR比比HDR更有效由于更有效由于LDR与与HDR相比，用相比，用LDR乏氧细胞所受的损伤大于分次乏氧细胞所受的损伤大于分次HDR治疗治疗4.围绕组织内插植的放射源的细胞杀灭变围绕

9、组织内插植的放射源的细胞杀灭变化化n插植源周的不均匀照射体积会产生重要的放射生物学结果。n接近源的部位剂量率高，对细胞的杀灭类似于急速照射的存活曲线围绕组织内插植的放射源的围绕组织内插植的放射源的 细胞杀灭变化细胞杀灭变化n随着距源的间隔变远会发生两个变化：随着距源的间隔变远会发生两个变化：n接近放射源部位的细胞杀灭程度很高，接近放射源部位的细胞杀灭程度很高，不论敏感还是不敏感都会被杀灭，不论敏感还是不敏感都会被杀灭，n距源稍远的细胞效应又会很低甚至能够距源稍远的细胞效应又会很低甚至能够那些最敏感的细胞也会存活那些最敏感的细胞也会存活n在这两种极端情况之间会有一个临界带，在这两种极端情况之间会

10、有一个临界带，在此将会发生不同程度的细胞杀灭在此将会发生不同程度的细胞杀灭围绕组织内插植的放射源的围绕组织内插植的放射源的 细胞杀灭变化细胞杀灭变化nSteelSteel等等19891989年指出，对任何即定年指出，对任何即定 程度程度的放射敏感性而言，在数微米的照射间的放射敏感性而言，在数微米的照射间隔内将会出现部分控制率从高到低的峭隔内将会出现部分控制率从高到低的峭壁样变化壁样变化三剂量率效应的临床意义三剂量率效应的临床意义组织间插植组织间插植 Paterson1963和和Ellis(1968)分别指分别指出了以限制晚期损伤为根底的不同剂量出了以限制晚期损伤为根底的不同剂量率的等效剂量。率

11、的等效剂量。以以60Gy/7天为规范，插植时间短，应运天为规范，插植时间短，应运用较低的剂量。用较低的剂量。而一较长时间的插植那么应添加照射剂量。而一较长时间的插植那么应添加照射剂量。剂量率效应的临床意义剂量率效应的临床意义n对组织间插植而言，剂量率趋向于随插植范围对组织间插植而言，剂量率趋向于随插植范围的增大而添加这在用的增大而添加这在用Ir-192Ir-192丝插植时特别明丝插植时特别明显。显。n这是由于在巴黎系统一切丝状源的线性活度都这是由于在巴黎系统一切丝状源的线性活度都一样而在一样而在PatersonPaterson和和ParkerParker系统系统Meredith Meredit

12、h 19671967那么不完全是呈线性活度变化的。那么不完全是呈线性活度变化的。nPierquinPierquin等等19731973留意到这样一个景象，即留意到这样一个景象，即在巴黎系统中肿瘤体积大照射体积也相应增大，在巴黎系统中肿瘤体积大照射体积也相应增大，这时剂量率就高。反之肿瘤体积小治疗体积也这时剂量率就高。反之肿瘤体积小治疗体积也小剂量率也低。小剂量率也低。n图4.3计算的肿瘤和正常组织晚期反响的等效曲线,实线是计算的肿瘤体外资料和相应的正常组织晚期反响体内资料的等效曲线。虚线阐明由于较大肿瘤往往伴随着较高的剂量率而使等效曲线变化的方式。较大的肿瘤需较大剂量才干到达既定程度的部分控制

13、，这使肿瘤控制的等效曲线趋向平坦。反之，由于较大的插植体积只能耐受较小的剂量而使正常组织晚期效应的等效曲线变陡。剂量率效应的临床意义剂量率效应的临床意义n 普通来说：n剂量率对决议组织间插植腔内治疗结果是一个重要要素n从LDR到HDR，在既定肿瘤控制下能够会添加晚期反响。剂量率效应的临床意义剂量率效应的临床意义n以下的放射生物学概括可做为以下的放射生物学概括可做为HDRHDR进展宫颈癌进展宫颈癌治疗的参考：治疗的参考： n当关键性正常组织直肠、膀胱的受量低当关键性正常组织直肠、膀胱的受量低于产生相等早期反响处方剂量的于产生相等早期反响处方剂量的75%75%时，时，HDRHDR所所致的晚期反响与致的晚期反响与LDRLDR类似或更低类似或更低 剂量率效应的临床意义剂量率效应的临床意义n 对那些膀胱/直肠剂量与处方剂量类似的病人，HDR是不适宜的。n 假设这个病人适宜用HDR治疗，HDR方案与LDR相比时主要根据早期效应而不是晚期效应。 剂量率效应