仿易俊林放射生物科内讲课

临床放射生物学基础,caiwj2001,Purpose of this lesson,To exchange your jade with my stoneTo excitated your interesting on radiobiology and make it applicable in your daily practice,参考书,E.J.Hall:Radiobiology for RadiologistG.G.Steel.Basic Clinical Radiobiology,临床放射生物学的作用,1.基本概念(ideas)：确定正常组织和肿瘤组织对放射反应的机制和过程，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,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基础 BED EQD2剂量效应关系放疗与化疗结合的最佳选择调强放疗中的SIB的理论基础再治疗正常组织耐受性的问题,放疗执行中出现错误,(物理剂量与生物学等效剂量的关系),案例一,计划方案：352Gy=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What can you do ?Only cry?,BED和EQD2,BED:biologically effective dose 生物效应剂量EQD2：Equivalent dose in 2Gy fractions 每次2Gy照射时的等效剂量,生物效应剂量BED,BED=D1+d/(/)=E/用途： 1.评价和测定分次照射或连续照射的方案(或一部分)的效应 2.一个治疗过程中的不同部分的BED可以相加,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,EQD2：Equivalent dose in 2Gy fractions,EQD2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,EQD2的数学表达式,EQD2=D1(d1+ /)/(2+ /)优点： 一个治疗计划的不同部分的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,案例一,计划方案：352Gy=70Gy执行时，4Gy/F,到第6次被发现,对晚反应组织而组织而言，取/=3Gy修改要求：后续治疗对晚反应组织，不能超过耐受70-33.6=36.4Gy,2Gy/F这两部分相加与352Gy有相同晚反应在实施中，36.4218(或19)次,肿瘤组织，取/=10Gy后续治疗对肿瘤而言，还需要 70-28=42Gy, 2Gy/F这两部分相加才能与352Gy有相同肿瘤效应422=21次,达到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%如果要求达到相同的肿瘤效应，2Gy/F,晚反应组织的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%,达到与计划相同晚反应损伤需采取的分割方式 达到与计划相同肿瘤效应需采用的分割方式,d=0.9569Gy ， D=46Gy,请注意,错误执行剂量(24Gy,4Gy)+ 纠正执行剂量(46Gy,0.96Gy/f)=原始计划总处方剂量(70Gy 2Gy/f) Is it always true?,如果定义,Planned: p Gy per fraction to P GyError:错误 e Gy per fraction to E GyCorrectedion : dGy per fraction to DGy,Result,D=P-E,Joiner,M.C.IJROBP,2004,58.871-875,Result,D=P-E=70-24=46,Plan 352Gy=70Gy,Error=4Gy per fraction,请记住-执行错误修正办法更重要的是要避免犯错误,D=P-E,Joiner,M.C.IJROBP,2004,58.871-875,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基础 BED EQD2剂量效应关系放疗与化疗结合的最佳选择调强放疗中的SIB的理论基础再治疗正常组织耐受性的问题,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,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佳平衡，提高肿瘤控制不增加或降低正常组织损伤,常见的分割模式,常规分割超分割加速超分割大分割SIB-IMRT,放疗不同分割模式的作用：荟萃分析,15 Ramdomized trails 1970-1998 (included 6515 patients) Bourhis 2006生存获益：3%(36%39% at 5years,p=0.003)局控获益：7%(46%53% at 5years,p0.001),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,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,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，但只在有限的部分患者中明显提高生存,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) 晚反应组织的效应(并发症概率) 早反应组织的效应(粘膜的耐受性)Fowler JF. Clin Oncol,2007,19:8-22,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log cell kill预期,需要考虑的效应,肿瘤的BED EQD2早反应组织BED EQD2晚反应组织 BED EQD2转换成常规2Gy/次的NTD(归一总剂量，normalized total dose)NTD=BED/RE:RE=1+d/(/)早反应组织 RE=1.2晚反应组织 RE=1.667,再放疗耐受剂量,放射治疗中的4.5.6.7Rs,Repair 修复Redistribution 再分布Repopulation 再增殖(再群体化)Reoxygenation 再氧合Radiation sensitivity 放射敏感性Radiated volume 受照体积Restoration(long term recovery) 远期恢复,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,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,部分功能丧失,再生,进展,稳定,恢复,early,late,早反应口腔粘膜,早期反应-皮肤干性脱皮,Retreatment ED50(Gy),Time after first treatment(months),Modified from Terry etal,Int.J.Radiat.Biol.55,1989,271-283,早反应组织-表皮,早反应组织-骨髓,早反应组织,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,晚反应组织-肢体变形,肺,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月后部分修复 Fibrosis:? 纤维化(retreatment tolerance134GyEQD267Gy,再治疗放射性脊髓炎危险性评分及分级,小结,两次治疗间隔时间6月 任何一程治疗BED98Gy2 (EQD2=49Gy) 总累计BED120Gy2 (EQD2=120Gy),没有放射性脊髓炎的发生的报道 BED=nd1+d/(/),脊髓,Jackson 1987;Baumann 1996Magrini 1990,Nieder etal 2000累计BED134Gy(EQD267Gy)(dose in one of courses 100Gy2) EQD250Gy,临床资料-脑组织,Flickinger eral 1989;Bauman etal.1996 1/9视神经损伤，累计剂量86Gy(BED 172Gy2) 2/9放射性脑坏死，累计剂量BED分别是173，212Gy2 EQD286.5/106GyNieder etal 1999(超分割 再放疗) 2/16放射性脑死 累计剂量BED172Gy2 EQD2 86GyShepherd etal 1997(55Gy后立体定向入射治疗) 7/28 放射性晚期损伤 再程放疗40Gy(BED 140Gy2) EQD2 70Gy,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,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,解答,脑干TD5/5 60Gy 脊髓TD5/5 45Gy再程放疗时，两程放疗脑干达到TD5/5的总剂量水平为(脑干耐受量恢复)： 140%60=84Gy，脊髓达到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=27Gy,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/=10,/ 值变异因素,/ 值范围，急性反应组织 6 14 Gy 估计判断 10 Gy 晚期反应组织 1.5 5 Gy 估计判断 3 Gy 1. 处于不同周期时相 2. 当 d 或剂量率时， / 3. 皮肤照射面积时， / 4. 乏氧 / 5. 高 LET ， ， 基本恒定 6. 增敏剂，/ ，加温无影响 7. 肿瘤/ ，75 %大于 8 Gy 8. 多种因素影响,人体正常组织和肿瘤的/值,组织或器官 损伤 /值（Gy) 早期反应 皮肤 红斑 8.812.3 皮肤剥脱 11.2 口腔粘膜 粘膜炎 815 晚期反应 皮肤/血管 毛细血管扩张 2.62.8 皮下组织 纤维化 1.7 肌肉/血管/软骨 肩部运动障碍 3.5,人体正常组织和肿瘤的/值,组织或器官 损伤 /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 各种晚期反应 3.53.8 口腔,口咽 各种晚期反应 0.8,人体正常组织和肿瘤的/值,组织或器官 损伤 /值（Gy)肿瘤 头颈部 喉 14.5 声带 13 口咽 16 颊粘膜 6