放射生物科内讲课

临床放射生物学根底1整理课件PurposeofthislessonToexchangeyourjadewithmystoneToexcitatedyourinterestingonradiobiologyandmakeitapplicableinyourdailypractice2整理课件参考书E.J.Hall:RadiobiologyforRadiologistG.G.Steel.BasicClinicalRadiobiology3整理课件临床放射生物学的作用1.根本概念(ideas)：确定正常组织和肿瘤组织对放射反响的机制和过程，来帮助解释临床上所观察到现象。(细胞杀灭，肿瘤乏氧，再氧合，DNA损伤机制等)2.治疗策略：提供新的治疗策略。如克服乏氧，高LET射线的使用，加速放疗，超分割放疗3.治疗方案：对选择放射治疗方案提出建议，为不同分割和剂量率方案提供比较的计算方法，并对是否和如何使用化疗提供建议4整理课件内容提要放疗过程中出现错误，如何纠正？提高放疗疗效方案的生物学根底BEDEQD2剂量效应关系放疗与化疗结合的最正确选择调强放疗中的SIB的理论根底再治疗正常组织耐受性的问题5整理课件放疗执行中出现错误(物理剂量与生物学等效剂量的关系)6整理课件案例一方案方案：35×2Gy=70Gy执行时，4Gy/F,到第6次被发现相当于前24Gy以大分割的方式给予Whatcanyoudo?Onlycry???7整理课件BED和EQD2BED:biologicallyeffectivedose生物效应剂量EQD2：Equivalentdosein2Gyfractions每次2Gy照射时的等效剂量8整理课件生物效应剂量BEDBED=D{1+[d/(α/β)]}=E/α用途：1.评价和测定分次照射或连续照射的方案(或一局部)的效应2.一个治疗过程中的不同局部的BED可以相加9整理课件生物效应剂量BED缺点：1.对一个治疗方案效应的测定在数值上会大大超过任何一个分次放疗的处方剂量2.我们很难与日常临床实践中剂量联系起来，无法得到一个直观的印象和评判10整理课件EQD2：Equivalentdosein2GyfractionsEQD2表示剂量，这个剂量以2Gy/F的分割模式给予，他的生物学效应与总剂量为D，分次量为d的分割模式的生物学效应相等11整理课件EQD2的数学表达式EQD2=D1(d1+α/β)/(2+α/β)优点：一个治疗方案的不同局部的EQD2数值可以相加2Gy/F是临床常用的分次剂量放射治疗医师对EQD2数值和它对肿瘤和正常组织的效应非常熟悉和直观12整理课件案例一方案方案：35×2Gy=70Gy执行时，4Gy/F,到第6次被发现13整理课件对晚反响组织而组织而言，取α/β=3Gy修改要求：后续治疗对晚反响组织，不能超过耐受70-33.6=36.4Gy,2Gy/F这两局部相加与35×2Gy有相同晚反响在实施中，36.4÷2≈18(或19)次14整理课件肿瘤组织，取α/β=10Gy后续治疗对肿瘤而言，还需要70-28=42Gy,2Gy/F这两局部相加才能与35×2Gy有相同肿瘤效应42÷2=21次15整理课件到达相同的晚期损伤条件下，肿瘤组织的EQD2是28+36.4=64.4Gy降低了约8%的剂量，后果：局部控制率下降12-20%如果要求到达相同的肿瘤效应，2Gy/F,晚反响组织的EQD2是33.6+42=75.6Gy正常组织超量照射约8%晚期并发症会增加10-30%16整理课件到达与方案相同晚反响损伤需采取的分割方式到达与方案相同肿瘤效应需采用的分割方式d=0.9569Gy，D=46Gy17整理课件请注意错误执行剂量(24Gy,4Gy)+纠正执行剂量(46Gy,0.96Gy/f)=原始方案总处方剂量(70Gy2Gy/f)Isitalwaystrue?18整理课件19整理课件如果定义Planned:pGyperfractiontoPGyError:错误eGyperfractiontoEGyCorrectedion:dGyperfractiontoDGy20整理课件ResultD=P-EJoiner,M.C.IJROBP,2004,58.871-87521整理课件ResultD=P-E=70-24=4622整理课件Plan35×2Gy=70Gy,Error=4Gyperfraction23整理课件请记住-执行错误修正方法

更重要的是要防止犯错误D=P-EJoiner,M.C.IJROBP,2004,58.871-87524整理课件放疗过程中出现错误，如何纠正？提高放疗疗效方案的生物学根底BEDEQD2剂量效应关系放疗与化疗结合的最正确选择调强放疗中的SIB的理论根底再治疗正常组织耐受性的问题25整理课件26整理课件提高放疗疗效的方法修饰剂量分次模式修饰总治疗时间综合治疗(化疗，生物调节剂)改进放射治疗技术(IMRT等)使用非常规射线束功能影像引导的调强放疗27整理课件改变分割模式的临床目的通过调整分割次数，单次剂量和总的治疗时间，在：肿瘤杀灭正常组织急性损伤晚期损伤三者之间获得最正确平衡，提高肿瘤控制不增加或降低正常组织损伤28整理课件常见的分割模式常规分割超分割加速超分割大分割SIB-IMRT29整理课件放疗不同分割模式的作用：荟萃分析15Ramdomizedtrails1970-1998(included6515patients)Bourhis2006生存获益：3%(36%→39%at5years,p=0.003)局控获益：7%(46%→53%at5years,p<0.001)30整理课件放疗不同分割模式的作用：荟萃分析A超分割B总剂量不减少的加速分割31整理课件放疗不同分割模式的作用：荟萃分析C总剂量减少的加速分割D所有改变分割的总和32整理课件超分割和中等程度的加速超分割：提高局部控制率，有利器官功能保护快速加速超分割(降低总剂量)：不提高局部控制率降低晚期并发症有提高生存率的趋势，但只在有限的局部患者中明显提高生存33整理课件不同分割模式的放射生物学解读和应用不同分割模式的治疗强度(剂量、分次大小、治疗时间，TDF)评价的客观指标肿瘤细胞效应(肿瘤杀死的比例)晚反响组织的效应(并发症概率)早反响组织的效应(粘膜的耐受性)FowlerJF.ClinOncol,2007,19:8-2234整理课件评价方法：L-Q模型L-Q模型的特点1.独立于任何关于单位体积内细胞数量的假设之外2.适合于在相似的肿瘤期别分布的病理类型之间比较3.对于大的肿瘤负荷来讲，需要有一个高的BED，NTD，或logcellkill预期35整理课件需要考虑的效应肿瘤的BEDEQD2早反响组织BEDEQD2 晚反响组织BEDEQD2转换成常规2Gy/次的NTD(归一总剂量，normalizedtotaldose)NTD=BED/RE:RE=1+d/(α/β)早反响组织RE=1.2晚反响组织RE=1.66736整理课件再放疗耐受剂量37整理课件放射治疗中的4.5.6.7RsRepair修复Redistribution再分布Repopulation再增殖(再群体化)Reoxygenation再氧合Radiationsensitivity放射敏感性Radiatedvolume受照体积Restoration(longtermrecovery)远期恢复38整理课件再放射适应症第二原发瘤局部区域复发需要重点考虑的因素第一次放射治疗的部位第一次放射治疗的剂量和体积距第一次放疗的时间本次放疗的目的可供选择的其他治疗手段39整理课件正常组织放射效应的发生机理始动进展期临床表现靶细胞群体实质损伤局部功能丧失再生进展稳定恢复earlylate40整理课件早反响—口腔粘膜41整理课件早期反响-皮肤干性脱皮RetreatmentED50(Gy)Timeafterfirsttreatment(months)ModifiedfromTerryetal,Int.J.Radiat.Biol.55,1989,271-28342整理课件早反响组织-表皮43整理课件早反响组织-骨髓44整理课件早反响组织耐受剂量可以全恢复口腔粘膜12d表皮2-3months干细胞恢复时间可能比“形态〞修复需要的时间长45整理课件晚反响组织-肢体变形46整理课件肺47整理课件肺Pneumonitis:肺炎第一次剂量<50%耐受量，2月全修复

第一次接受高剂量照射，3月后局部修复Fibrosis:???纤维化(retreatmenttolerance<pneumonitis)48整理课件膀胱—晚反响组织Totaldose

micturitionfrequency49整理课件膀胱1天-9月无修复(小鼠)再次治疗后，亚临床损伤进展的潜伏期缩短50整理课件晚期损伤—肾51整理课件晚期损伤-肾(小鼠)照射后2周和照射后6.5月不但没有任何恢复，而耐受性下降亚临床损伤进展再治疗耐受性随时间延长而下降52整理课件脊髓/rodents53整理课件脊髓耐受性实验数据/灵长类54整理课件脊髓-实验数据1年后局部恢复2-3年后达恢复到最大程度(∽140%oftolerancedose)再程放射治疗，损伤潜伏期缩短55整理课件脊髓耐受量修复能力-临床数据56整理课件颈段脊髓剂量效应关系颈髓中位耐受剂量69.4Gy(95%CI，66.4-72.6)α/β=10Gy脊髓炎发生率45Gy0.03%50Gy0.2%59.3Gy5%SchultheisisTE,IJROBP,202157整理课件胸段脊髓剂量效应关系多位颈段脊髓剂量效应曲线的左边，胸髓比颈髓耐受剂量高SchultheisisTEIJROBP2021,71,1455-145958整理课件其他临床数据-脊髓Niederetal.2001文献报道的6/22脊髓炎均发生在两程累计BED>134GyEQD2>67Gy59整理课件再治疗放射性脊髓炎危险性评分及分级60整理课件小结两次治疗间隔时间>6月任何一程治疗BED<98Gy2(EQD2=49Gy)总累计BED<120Gy2(EQD2=120Gy),没有放射性脊髓炎的发生的报道BED=nd{1+[d/(α/β)61整理课件脊髓Jackson1987;Baumann1996Magrini1990,Niederetal2000累计BED<135Gy2(EQD267.5Gy)和任何一程放疗BED不超过90Gy2(EQD245Gy)Wongetal1994Myelopathyin6patientsreirradiatedtocumulativeBED>134Gy(EQD2>67Gy)(doseinoneofcourses>100Gy2)EQD2>50Gy62整理课件临床资料-脑组织Flickingereral1989;Baumanetal.19961/9视神经损伤，累计剂量86Gy(BED172Gy2)2/9放射性脑坏死，累计剂量BED分别是173，212Gy2EQD2>86.5/106GyNiederetal1999(超分割再放疗)2/16放射性脑死累计剂量BED>172Gy2EQD286GyShepherdetal1997(55Gy后立体定向入射治疗)7/28放射性晚期损伤再程放疗<40Gy(5Gy/f)EQD270Gy8/8放射性晚期损伤再程放疗剂量>40Gy(BED140Gy2)EQD270Gy63整理课件例题一鼻咽癌患者，第一程治疗采用常规放射治疗，当时脑干接受的剂量为40Gy,脊髓受量36Gy3年后局部复发，拟行再程放疗，采用调强放疗技术请您设计治疗方案，使脑干和脊髓效应控制在TD5/5可接受的范围64整理课件需要考虑的问题脑干/脊髓耐受量(DT5/5)3年后脑干/脊髓可接受的剂量计算脑干/脊髓可接受的剂量65整理课件解答脑干TD5/560Gy脊髓TD5/545Gy再程放疗时，两程放疗脑干到达TD5/5的总剂量水平为(脑干耐受量恢复)：140%×60=84Gy，脊髓到达TD5/5的总剂量为140%×45=63Gy再程放疗脑干可以给与的剂量为84-40=44Gy(2Gy/f),脊髓可以给与的剂量为63-36=27Gy66整理课件例题二鼻咽癌患者接受常规放疗，脑干受照射40剂量Gy3年后复查，发现脑干占位病变，突入第四脑室，行肿瘤不全切除术，术后病理提示少枝胶质瘤Ⅱ级患者需要术后放疗，要求肿瘤EQD2=50Gy，请您设计照射方案，假胶质瘤α/β=1067整理课件α/β值变异因素α/β值范围，急性反响组织6~14Gy估计判断10Gy晚期反响组织1.5~5Gy估计判断3Gy1.处于不同周期时相2.当d↓或剂量率↓时，α/β↑3.皮肤照射面积↑时，α/β↓4.乏氧α/β↑5.高LET，α↑，β根本恒定6.增敏剂，α/β↑，加温无影响7.肿瘤α/β，75%大于8Gy8.多种因素影响68整理课件人体正常组织和肿瘤的α/β值组织或器官损伤α/β值〔Gy)

早期反响皮肤红斑8.8~12.3皮肤剥脱11.2口腔粘膜粘膜炎8~15

晚期反响皮肤/血管毛细血管扩张2.6~2.8皮下组织纤维化1.7肌肉/血管/软骨肩部运动障碍3.569整理课件人体正常组织和肿瘤的α/β值组织或器官损伤α/β值〔Gy)神经臂丛神经损伤<3.5臂丛神经损伤~2视神经损伤1.6脊髓脊髓损伤<3.3眼角膜损伤2.9肠狭窄，穿孔3.9肺肺炎3.3纤维化(放射性〕3.1头颈各种晚期反响3.5~3.8口腔,口咽各种晚期反响0.870整理课件人体正常组织和肿瘤的α/β值组织或器官损伤α/β值〔Gy)肿瘤头颈部喉14.5声带