肿瘤放射治疗

1、肿瘤放射治疗目的要求了解：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学科构成放射物理学基础及常用放射治疗设备放射生物学基本概念投照技术学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年线用于治疗皮肤癌。4.1902年研制出庞大的200KV级线治疗机，开始“深部线治疗”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

2、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：放射物理学：研究各种放射源的性能和特点、剂量和防护。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。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。临床肿瘤学：适应症的选择

3、，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线线电子中子质子负介子重粒子放射源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电离辐射与物质作用放射源与放射治疗设备放射剂量单位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: 粒子、粒子等 非带电粒子辐射：X射线、 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（

4、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。 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： .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： .02MeV光子与原子核的电荷作用变成正负电子

5、，尤当光子能量10MeV时成为主要效应放射物理学线性能量传递线性能量传递（Liner Energy Transfer，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（m）路程上能量转移的多少。 LET=单位为keV/m放射物理学线性能量传递低LET射线：100MeV 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：形成电离吸收峰Bragg peak;相对生物效应大，对含氧状态依赖小，利于杀伤乏氧细胞；细胞周期不同时相放射敏感性差异小；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、射线。

6、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 基本照射方式 远距离照射（Tele-therapy)位于体外一定距离（20100cm）。 近距离照射（Brachytherapy）分为腔内和组织间照射。 内用同位素治疗 （Radioisotope Therapy）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, G

7、y） 1Gy：1kg物质吸收J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）Cancer Center SUMS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

8、量曲线常规面颈联合野能 量：6MV大 小：1414cm参考点：射野中心剂 量：200cGy最大剂量：271cGy最大剂量点：皮下180cGy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生物大分子放射线水分子直接作用间接作用氢氧自由基一 放射线的生物效应直接作用：有机自由基 使DNA链断裂.（

9、高LET射线的主要损伤方式）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（oxygen enhan

10、cement ratio, 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（relative biological effect, 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（relative biological effect, 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

11、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）G2SG1MG0细胞放射损伤的修复（repair of radiation danmage） 一般将细胞的放射损伤概况为3种类型 亚致死损伤（sublethal damage）：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

12、致死损伤的修复会增加细胞存活率。 潜在致死损伤（potential lethal damage）：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（lethal damage）：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 周期内细胞的再分布（redistribution with the cell cycle） 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

13、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。 氧效应及乏氧细胞的现再氧合（oxygen effect and reoxygenation） 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。再

14、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/ ：10晚反应组织慢更

15、新组织/ ：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T 1/2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 6 h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

16、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。一定剂量下，受照射体积越大，反应越大。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

17、器官作用放射治疗的临床应用放射治疗的临床应用治疗原则适应症禁忌症治疗过程反应及处理综合治疗新进展模拟机体位固定局部治疗手段剂量限制性毒性放射治疗放射性损伤限制了高剂量局部控制问题不解决远处转移诊断明确注重首程治疗给予最佳治疗方案综合治疗放疗计划符合剂量学四原则适当辅助治疗特 点缺 点治疗原则疗效确切应用广泛（2/3）放射治疗的临床应用根治性放疗以达到消灭肿瘤的原发和转移灶、又能给予不同肿瘤及靶区相应根治量为目的。如：鼻咽癌、皮肤癌、早期喉癌、乳腺癌姑息性放疗对晚期病例，以抑制肿瘤生长、减轻痛苦、延长寿命、提高生存质量为目的。止痛、止血、缓解肿瘤压迫（上腔静脉压迫症）剂量：1/32/3根治量放射

18、治疗的临床应用放射治疗禁忌症晚期肿瘤造成的严重贫血、恶液质；肿瘤侵犯已出现严重合并症，如食管癌瘘道形成、中耳癌穿破鼓室盖、肺癌并大量胸水外周血象过低，Hb60G/L，WBC3.0109/L，PLT80109/L伴有严重肺结核、心脏病、肾脏病或其它使病人随时发生危险的疾病，尔放疗有可能加剧病情致命者。接受过根治量放疗的组织器官已有放射性损伤出现时，不宜行再程放疗。放射治疗过程计划执行计划验证计划设计体位固定模拟机体位固定放射治疗过程计划执行计划验证计划设计体位固定体位固定放射治疗过程计划执行计划验证计划设计体位固定计划设计符合放射治疗剂量学四原则肿瘤剂量要求准确，照射野应对准所定义的靶区。治疗的

19、肿瘤区域内，剂量分布要均匀，剂量变化梯度不能超过5，即要达到90以上的剂量分布。射野设计要尽量提高治疗区内剂量及降低照射区正常组织剂量。保护肿瘤周围重要器官免受照射，至少不能使它们接受超过其允许耐受剂量范围。放射治疗剂量学四原则肿瘤剂量要求准确，照射野应对准所定义的靶区。治疗的肿瘤区域内，剂量分布要均匀，剂量变化梯度不能超过5，即要达到90以上的剂量分布。射野设计要尽量提高治疗区内剂量及降低照射区正常组织剂量。保护肿瘤周围重要器官免受照射，至少不能使它们接受超过其允许耐受剂量范围。靶区照射野靶区剂量正常组织剂量计划设计：剂量学四原则（1）CTVGTVPTV靶区（Target Volume）GT

20、V (Gross target volume)肉眼或影像学检查所见的肿瘤CTV (Clinical target volume)GTV外一定区域，有可能受侵的亚临床病灶区域PTV (Planning target volume)器官移动系统和随机误差计划设计：剂量学四原则（1）等距离放疗（90年代以前）靶区临床经验参照体表标志手工画线照射野的设置等距离照射规则形的射野及挡块体表画线不能精确定位体内的肿瘤位置及形状规则形的射野/挡块难以适应不规则的肿瘤形状计划设计：剂量学四原则（1）等中心二维放疗（19891999）靶区X线模拟机X线成像参照X线的骨性标志照射野的设置不规则形的低熔点铅挡块以X线

21、成像为基础的定位方法不能精确CT/MR检测的病灶范围计划设计：CT模拟机定位计划设计：剂量学四原则（1）二维放疗（19992000）靶区CT模拟机CT/MRI/PET等的三维解剖影像靶区CT/MRI融合技术制作挡块铅挡块放射治疗剂量学四原则肿瘤剂量要求准确，照射野应对准所定义的靶区。治疗的肿瘤区域内，剂量分布要均匀，剂量变化梯度不能超过5，即要达到90以上的剂量分布。射野设计要尽量提高治疗区内剂量及降低照射区正常组织剂量。保护肿瘤周围重要器官免受照射，至少不能使它们接受超过其允许耐受剂量范围。靶区照射野靶区剂量正常组织剂量提高肿瘤剂量降低正常组织受量90%以上的剂量重要器官耐受量剂量学四原则（

22、2、3、4）肿瘤区域的低剂量105%靶区定义及定位虽然准确但常规射野仍不符合剂量学要求剂量学四原则（2、3、4）三维放疗靶区：以CT-sim为基础照射野的设置多角度、非共面的多个适形射野MLC/Mimic/楔形板等介入全靶区的三维剂量计算及显示肿瘤区域的低剂量105%100尽量提高治疗区内剂量及降低照射区正常组织剂量治疗的肿瘤区域内，要达到90以上的剂量分布常规设野三维设野剂量学四原则（2、3、4）三维适形放疗仍不能使部分重要器官在安全耐受范围内调强放射治疗有利于“C”形靶区后的正常组织保护三维适形照射技术三维适形照射技术（3-dimensional conformal radiation t

23、herapy）:在照射方向上,照射野的形状与病变的形状一致。放射治疗技术：IMRT三维适形放疗的优点设野更加直观、合理，可实现非共面设野。靶区内剂量分布更加适形、合理，并确保了周围正常组织器官受照射剂量在可耐受范围内，减少正常组织并发症的发生率，提高患者的生存质量。可能改变传统的剂量和分次模式，如加大分次剂量以减少疗程总分次数，缩短疗程，或通过递增试验提高总剂量，对肿瘤的局部控制可能更有利。计划设计：剂量分割方式常规分割放疗：次, 5次/周非常规分割放疗：低分割放疗：不敏感的肿瘤，分次量2Gy超分割放疗：分次剂量，每天及总分割次数加速放疗：总疗程时间总剂量鳞癌根治剂量：70Gy预防剂量：506

24、0Gy正常组织耐受量：脊髓45Gy放射治疗过程计划执行计划验证计划设计体位固定计划验证放射治疗过程计划执行计划验证计划设计体位固定计划执行放射治疗的临床应用常见放射反应的观察和处理放射反应：在射线作用下出现的暂时性可恢复的全身或局部反应。全身反应：与放射剂量大小、照射体积、照射部位、病人全身情况及个体差异有关。局部反应：皮肤反应、粘膜反应放射性损伤：是指射线作用引起组织器官不可逆永久损伤，应尽力避免。放射治疗的临床应用综合治疗放疗与手术综合治疗术前放疗：可以缩减肿瘤浸润，减少癌性粘连提高手术切除率手术野内有活力的肿瘤细胞数数目减少，可降低肿瘤的种植机会使瘤床微血管、淋巴管闭塞，减少远处转移的可

25、能性术中照射：术后照射：消灭手术野或区域淋巴结的残存灶或亚临床病灶，减少局部复发和因此而可能发生的远处转移。放射治疗的临床应用放疗与化疗的综合治疗诱导化疗同期化疗辅助化疗放射治疗的临床应用放疗前的辅助治疗减少并发症、提高生存质量有利于放疗顺利进行包括洁牙、口腔处理合并症：贫血、结核、心脏病、感染现代放射治疗新进展（一）放射治疗新技术影像引导定位技术 常规X线模拟定位 CT模拟定位 MRI影像定位 CT-PET影像定位？立体定向照射技术(stereotactic radiotherapy）多个圆形小野三维多弧非公面集束分次照射以使剂量分布与靶区形状一致。射波刀适形调强照射技术（intensity

26、 modulated radiation therapy, IMRT）成像的反思维，通过调节剂量，剂量三维分布与靶区适形。容积调强（二）非常规分割放射治疗常规模式：分次剂量为1.8-2.0Gy,每周次。根据肿瘤组织早晚反应的不同及/ 值的不同，决定分割照射方式。超分割放疗加速超分割放疗呼吸运动导致的靶区移动：4D-CT四维放疗技术(IGRT)PTV：靶区/正常组织的计划剂量与实际剂量有差别胸腹部肿瘤/正常器官随呼吸运动移动范围较大呼吸门控每日摆位的误差每次治疗体位的验证（EPID）治疗过程中肿瘤/正常组织体积的变化及时的计划修整减少PTV四维放疗IGRTCone beam CT4D-CT呼吸门控四维放疗技术(IGRT)靶向作用于射线损伤DNA的修复，影响细胞周期调控，凋亡，以及增殖等转导信号通路，放射增敏。运用蛋白组学技术探求与肿瘤放射敏感性相关蛋白。随着肿瘤干细胞生物学的进步，靶向作用于肿瘤干细胞，放射增敏。肿瘤放射生物学研究热点物理适形放疗生物适形放疗多维性适形放疗Multidimensional ConformalRadiotherapy21 世纪未来的放疗？ C.Clifton Ling et al. IJRO GTVPTVHypoxia PET (F-miso)Tum