高能X射线FLASH照射临床前研究专家共识2026

高能X射线FLASH照射临床前研究专家共识2026恶性肿瘤严重威胁人类的生命健康，放射治疗是恶性肿瘤的主要治疗手段之一。70%的肿瘤患者在不同的阶段需要接受放疗，但是其不良反应不可低估，如何减小放疗的不良反应是研究的重点之一。2014年，Favaudon团队在《ScienceTranslationalMedicine》杂志上首次报道FLASH照射现象：超高剂量率(平均剂量率≥40Gy/s)电子束可在维持肿瘤杀灭效果的同时，显著减轻正常组织损伤，这种突破剂量率依赖性的保护效应被学界称为"FLASH效应"。基于在成都太赫兹自由电子激光装置(CTFEL)，FLASH放疗联合研发团队搭建和验证的全球首台高能X射线FLASH照射(highenergyX-rayFLASHirradiation,X-FLASH)研究平台(PARTER)，通过细胞、小鼠实验，在国际上首次报道了X-FLASH能够产生FLASH效应。与常规放疗(0.03~0.1Gy/s)相比，FLASH放疗将数十分钟的治疗过程压缩至亚秒级，其独特的时间生物学特性对现有辐射防护理论提出全新挑战。然而，该效应的分子机制、剂量响应规律及临床转化路径仍亟待系统阐明。细胞与动物实验衔接基础研究与临床转化，其地位不可替代。目前，FLASH照射的临床前研究数量不断增加，但尚无规范的临床前研究流程或共识供参考。本共识旨在构建一套规范化、操作性强的X-FLASH临床前研究操作体系。它系统整合了电离辐射剂量学、体外细胞实验、荷瘤小鼠模型辐照、健康小鼠辐照效应评估等关键环节的标准化流程与方法。通过提供严谨的剂量学控制、可重复的细胞与动物模型照射方案，为FLASH效应的生物学机制解析、FLASH照射设备的物理性能验证、以及基于生物效应的临床前研究设计，提供坚实且可复制的实验平台基础，助力研究者突破FLASH照射生物学研究的技术瓶颈，并为临床研究提供依据。一、X-FLASH加速器束流和剂量参数监测放射剂量学是放射治疗的基础，剂量的精确测定是X-FLASH照射临床前实验的基础性保障。考虑到各实验中心装置和技术条件的差异，X-FLASH照射目前缺乏统一的剂量学标准，本共识将针对细胞和小动物X-FLASH实验所需物理技术条件提出参考性建议。1．剂量学设备的选择、维护和检测本共识剂量学设备主要包括相对剂量监测(束流监视)和绝对剂量测定(吸收剂量测量)设备。X-FLASH束流监测是确保X-FLASH照射辐射剂量准确性和治疗安全性的关键环节，其核心目标是实时验证射线束的能量、剂量率、均匀性、对称性等参数是否符合治疗计划要求，并在束流输出达到预设值时关停束流。束流监视器是X-FLASH设备内部最重要的计量硬件，是照射过程中相对剂量修正和控制的计量手段。X-FLASH临床前实验中的束流监测可通过在束流内放置透射电离室，或者在束外放置监视探测器的方法开展。束内监视器用于小动物精准剂量的控制，束外监视器用于控制环境剂量，可用于观察散射线的情况，但不与小动物受照射剂量直接相关。通常需同时配备两套独立的监视器系统。传统放疗通常使用平板型穿透气体电离室，其约在100μs内接受超过0.1Gy剂量就会出现饱和效应。X-FLASH束流监视器位置的剂量率会大于上述值，需配备专用的X-FLASH束内监视探测器，如X-FLASH专用穿透电离室、闪烁体探测器、半导体探测器等。根据X-FLASH照射实验需求，建议使用透射型探测器作为剂量监视探头。透射探测器应具备不小于两个独立通道(使用其他非透射探测器作为辅助时，可只有一个通道)，具有监视剂量分布对称及非对称变化的功能。探测器探头及电子学系统应具有与加速器脉冲结构相匹配的响应时间性能，在剂量过阈后立即关停束流，并可监视单个宏脉冲的剂量及时间宽度。建议使用全数字化的采集系统，以监视每个FLASH射束的宏脉冲形状等信息。束流监视系统在所有临床前实验的工况下(宏脉冲频率、宏脉冲高度、宏脉冲宽度)应具有良好的探测效率一致性，各种工况下吸收剂量与监视器跳数的比值R应在实验前进行标定。固定工况下应具有R2>0.999的剂量线性，重复性的变异系数小于1%。实验前，需提前标定参考点吸收剂量与监视器跳数之间的关系。束外监视器是指探头安装在X射线束斑外的监视器，通常用于监视射束泄漏剂量的情况，也可以对射束的特征进行间接测量。由于泄漏剂量比例较低，束外监视器探头受照剂量率显著小于束内探头，且可以通过调整距离和角度对探头受照剂量率进行调整，因此多数现有剂量探测器都可用于束外监视器。但束外监视是一种间接测量方法，受各种干扰因素影响，特别容易受到不同样品的散射剂量干扰，在更换不同样品时需谨慎评估其对监视器探头的影响。监视器探头的输出电信号经过前端放大电路放大后，进入硬件反馈电路进行滤波、积分、数字化和比较等分析，最终输出控制信号给加速器控制系统以进行束流调整或关停等动作。需要关注的信号特征包括束流积分值(跳数)、束斑对称及非对称变化、瞬时剂量率、平均剂量率、双通道监视器的一致性等。2．剂量监测设备维护与检测剂量监测设备需要开展定期的检查和维护，建议交付时对其测量重复性、剂量线性、剂量率线性等关键性能进行检测，包括射野的平坦度、对称性以及安全联锁功能验证，并每月进行相关参数的月检。通常重复性要求在±1%以内，剂量线性在±2%以内，剂量率线性在±5%以内。具体测量计算方法可参考GB15213-2016的相关内容。考虑到当前X-FLASH设备现状，对相关参数做出如下建议，并在每次实验前对剂量监测设备进行测试，确定其工况正常。3．X-FLASH剂量测量X-FLASH照射剂量测量是放射治疗质量保证的关键环节，核心目的是确保小动物接受的照射剂量准确符合治疗计划。剂量测量主要采用剂量计(主要分为离线和在线两种)，将剂量计探头放置在模拟样品或者标准水模(水箱)的目标位置，进行辐照并离线/在线读取探头的信号，并与标准辐射场标定的值进行比对，即可得到可追溯的绝对剂量值。X-FLASH剂量测量设备(离线、在线)考虑到X-FLASH照射的超高剂量率特性，在使用剂量测量设备时需十分注意其剂量率响应特征。离线剂量计通常对剂量率不敏感，如辐射变色胶片、丙氨酸、热释光等，实验证明，在FLASH和常规工况下的剂量响应曲线基本一致。EBT系列胶片是最常用的离线FLASH剂量计，其精度较高、体积小、可以获取剂量分布。根据既有经验，EBT系列胶片本身对保存湿度、温度十分敏感。建议胶片的保存、使用、校准、数据读出采纳美国医学物理学家协会(AAPM)TG-235号报告推荐。建议使用锋利的剪刀或裁纸刀切割成矩形，避免切割成正方形和圆形，以减少误差。在选择读出系统时，建议使用平板扫描仪对辐照后的胶片进行扫描，根据应用需求选择合适的分辨率。在使用平板扫描仪前建议对扫描位置、波段等进行校准，确保扫描的一致性，并定期检查扫描仪的性能，确保扫描仪的准确性。此外，如采用扫描机(如EPSON12000XL)对胶片进行透扫读出时，需十分关注胶片的本底变化，通常同一批胶片的红蓝绿三通道的本底变化不超过±1%，如出现本底剧烈变化应停止使用并追溯原因。同时，扫描机在对胶片进行数字化时，胶片放置的角度和位置会显著影响输出值，最大影响可能超过10%。因此，胶片扫描时需固定角度和位置。EBT系列胶片辐照后，颜色会随着时间慢慢变深，通常需24h方可达到稳定值。在X-FLASH剂量测量中，根据精度要求可适当调整辐照后等待时间，根据测量，EBT4系列胶片在辐照后等待5min，其灰度每分钟变化率将<1%，采用固定5min的等待时间进行标定和测量，也可以获得3%~5%的测量不确定度。4．其他实验剂量的计划设计、照射对象的定位与验证及剂量计算、记录、跟踪等流程参考常规放疗流程。但需要注意的是小动物实验的剂量计算目前没有商用的计划系统，如有需要一般使用物理师自己开发的蒙特卡罗计算软件完成个体化剂量计算。但是考虑到临床前小动物实验的重复性，一般使用统一模体对参考点的剂量进行计算和验证，在条件允许的情况下同时在实验中对每个照射对象的后端放置胶片，并及时扫描存档，实现每次实验中剂量的可追溯性。二、实验前剂量标定在开展细胞实验和小鼠实验前，需要采用胶片(EBT4：总剂量≤10Gy，EBT-XD：总剂量>10Gy)和电离室对X-FLASH设备进行剂量标定。1．装置状态评估在无样品条件下连续出束10次，穿透电离室反馈跳数(monitorunit，MU)变异程度，若变异程度<±1%，表明装置状态稳定，可进行剂量标定。2．照射野(1)细胞实验：根据细胞照射的目标区域范围，确定照射野尺寸，照射野需大于细胞照射的目标区域范围，并保证目标区域内的剂量分布均匀。(2)小鼠放射性损伤模型：根据照射的目标区域范围，确定照射野尺寸(图1)。不同辐照部位的射野范围推荐如下：①全脑照射(放射性脑损伤模型)：1.2cm(头脚方向)×2cm(左右方向)，射野头侧界为双耳缘、连线。②全胸腔照射(放射性肺损伤模型)：2cm(头尾方向)×4cm(左右方向)，射野头侧界为双耳缘连线。③全腹腔照射(放射性肠损伤模型)：4cm(头尾方向)×4cm(左右方向)，射野尾侧界为肛门。④皮肤照射(放射性皮肤损伤模型)：选择小鼠单侧后腿作为辐照区，2cm(头脚方向)×3cm(左右方向)，下界为膝关节，辐照前小鼠固定时，辐照区域后腿尽量外展，使小鼠腹腔远离射野。⑤全身照射(放射性造血系统损伤模型)：8cm(头脚方向)×5cm(左右方向)，覆盖小鼠全身。(3)小鼠肿瘤模型：皮下移植瘤模型推荐2cm(头脚方向)×3cm(左右方向)，原位肿瘤模型的照射野需根据目标区域范围确定照射野尺寸。3．照射剂量(1)细胞实验：目标剂量设定为6~10Gy(EBT4胶片的剂量线性范围在1~10Gy)，且所有EBT4胶片均已经过医用直线加速器与金刚石电离室校准其"剂量-灰度相关性"。(2)小鼠放射性损伤模型：目前FLASH照射临床前研究多采用单次大剂量照射，分割照射模式下FLASH效应的剂量范围尚不明确。由于FLASH照射放射性损伤的动物模型照射剂量标准尚未建立，结合已发表文献，对不同放射性损伤模型单次照射的推荐剂量(EBT-XD的标定剂量，所有EBT-XD胶片事先均使用医用直线加速器与金刚石电离室校准"剂量-灰度相关性")范围如下：①放射性脑损伤模型：10~30Gy。②放射性肺损伤模型：17~30Gy。③放射性肠损伤模型：12~16Gy。④放射性皮肤损伤模型：25~35Gy。⑤放射性造血系统损伤模型：6~8Gy。(3)小鼠肿瘤模型：依据肿瘤模型的放射敏感性选择照射剂量，避免处方剂量过低或过高，导致肿瘤照射后不退缩或快速消失，无法有效监测肿瘤体积变化。4．辐照剂量标定(1)扫描EBT4或EBT-XD胶片本底：将胶片裁剪成适当大小，正面朝上(事先在胶片正面右上角做标记)置于扫描仪中心位置，按扫描仪操作规范流程扫描胶片本底的灰度值。(2)EBT4或EBT-XD胶片摆放细胞实验：基于细胞照射所需的源靶距(SSD)调节胶片照射的SSD。选择与培养瓶(或培养皿)细胞贴壁面厚度一致的固体水模，将其置于照射野的中心位置，将EBT4胶片固定于水模之上，胶片背面为射线入射方向，且胶片中心与射野中心重合(图2)。①当采用水平束照射时，若模拟培养瓶内贴壁细胞受照(培养瓶内注满培养基)，则在胶片的射线出射面继续覆盖固体水模至补足培养瓶厚度；若模拟培养皿内贴壁细胞受照(培养皿中不加培养基)，则胶片的射线出射面无需额外覆盖固体水模；若模拟离心管照射悬浮细胞，则胶片前后均放置1cm厚固体水模。②当采用垂直束照射时，在胶片上覆盖固体水模至补足培养瓶(或培养皿)厚度(若厚度<2cm则采用生物补偿膜使剂量建成区(dosebuild-upregion,DBR)的总厚度达到2cm)。5．照射及胶片剂量检测X-FLASH照射出束的同时开始计时(同时记录X-FLASH照射的跳数与脉冲数，即"胶片跳数"与"胶片脉冲数")，开始照射后5min扫描胶片灰度，将胶片正面朝上(保持标记在胶片正面右上角处)置于扫描仪中心位置，按扫描仪操作规范流程扫描胶片的灰度值，依据"剂量-灰度相关性"，依次读出照射野面积80%范围内红、绿、蓝3个通道的剂量，以及胶片中心5mm×5mm范围内红、绿、蓝3个通道的剂量(3个通道的剂量差异应<3%，如果>3%则提示胶片质量不佳，需更换胶片重新标定)。此外，细胞照射目标范围内的剂量波动应<5%，保证剂量分布均匀。如果胶片质量合格且剂量分布均匀，基于该次X-FLASH照射的跳数计算红、绿两个通道"80%射野范围内的剂量平均值/胶片跳数"(即射野平均剂量/胶片跳数)，以及"射野中央5mm×5mm范围内剂量平均值/胶片跳数"(即射野中心剂量/胶片跳数)。三、生物学实验1．细胞实验样品照射顺序依照随机性原则，以避免操作或未受控的周期性、时间依赖性等影响因素导致的实验偏差。(1)水平束X-FLASH照射平台细胞准备：若照射培养瓶贴壁细胞，照射前在超净台中将细胞培养瓶中注满培养基，尽量排尽气泡；若照射培养皿贴壁细胞，照射前弃去培养皿中培养基；若照射离心管悬浮细胞，照射前在离心管中注满培养基，低速离心使细胞沉降至离心管底，上述操作结束后均采用封口膜封口以避免细胞污染。对于厚度<1mm的细胞(或类器官)，可忽略厚度对照射剂量造成的衰减。细胞照射：若照射培养瓶(或培养皿)贴壁细胞，则将培养瓶(或培养皿)置于照射野中央，培养瓶的细胞贴壁面靠近射线入射方向，并在每个培养瓶(或培养皿)的底面(外侧)贴一张EBT4胶片，以实现对每个样品的剂量监测；若使用离心管，则将离心管置于带有合适孔道深度的2cm厚亚克力板中，将细胞沉降区置于照射野中央。根据前叙剂量标定参数进行照射，给予细胞样品目标脉冲数的X-FLASH照射或常规剂量率照射；对照组细胞样品除不出束照射以外，其余处理方式(包括放置位置、等待时间等)均与实验组细胞样品保持严格一致。(2)垂直束X-FLASH光子照射平台细胞准备：照射前，在超净台将细胞培养瓶(或培养皿)中注满培养基，尽量排尽气泡，采用封口膜封口以避免细胞污染。对于厚度<1mm的细胞(或类器官)，可忽略厚度对照射剂量造成的衰减。细胞照射：将培养瓶(或培养皿)置于照射野中央，若培养瓶(或培养皿)的实际厚度<2cm，则采用生物补偿膜使DBR的总厚度达到2cm。在每个培养瓶(或培养皿)的底面(外侧)贴一张EBT4胶片，以实现对每个样品的剂量监测。根据前叙剂量标定参数进行照射，给予细胞样品目标脉冲数的X-FLASH照射或常规剂量率照射；对照组细胞样品除不进行出束照射以外，其余处理方式(包括放置位置、等待时间等)均与实验组细胞样品保持严格一致。2．小鼠实验本共识所指实验动物是经人工饲养、繁育，对其携带的微生物及寄生虫实行控制，遗传背景明确或来源清楚的，应用于科学研究、教学、生产和检定及其他科学实验的标准化小鼠。小鼠周龄一般为6~8周，体质量18~20g。(1)麻醉：在动物实验中，有效的麻醉不仅是保证实验顺利进行的关键环节，也是保证动物福利的一项基本要求。麻醉方式：根据麻醉过程中所使用麻醉药物的种类数量，可分为单纯麻醉和复合麻醉，对于健康小鼠辐射损伤建模，因即时损伤小，痛苦少，为方便固定，推荐选择全身单纯麻醉。麻醉药物选择：实验动物全身麻醉药物的选择需根据实验类型、动物种类及药物特性综合考量。注射药物(如丙泊酚)可用于短时、低创伤实验，但需注意剂量依赖的呼吸抑制风险。优先考虑对动物心肺功能影响小、代谢快、安全性高的药物，确保麻醉过程平稳可控，同时严格监测生理指标以应对呼吸抑制、低体温等并发症。提前准备好1ml注射器及针头，推荐麻醉药物见文献，根据造模目的自行选择。进行X-FLASH照射，因加速器机房温度低，要避免动物出现麻醉后失温死亡。实验结束后注意观察小鼠麻醉恢复情况，使用加热垫保温有助于缩短恢复时间。(2)小鼠放射性损伤模型构建小鼠固定：进行X-FLASH照射需固定小鼠体位，保证靶器官、靶组织位于射野内。小鼠固定所需材料包括：①放射实验用透明亚克力固定板(厚度约2mm)，板上预先标示射野中心(十字线中点)和范围(射野的头脚、左右界线)。②医用压敏胶带。③弹性束缚带(直径约5cm)。④生物补偿物膜(厚度超过DBR)。全身照射因射野限制，可根据照射设备条件，选择定制专用全身照射固定装置。固定步骤：将麻醉后的小鼠以俯卧位(腹侧向下)置于亚克力固定板上，调整固定板为水平位，确保小鼠脊柱与固定板纵轴保持平行，小鼠身体尽量伸展。根据解剖标志，使照射野覆盖靶区组织。小鼠入射方向覆盖生物补偿膜。①全脑照射：将小鼠头部与中心十字线延长线方向对齐，避免颅骨偏移，射野头侧界为双眼后眦连线。若加速器为水平出束或拟行颅脑部位照射，需在照射板侧缘预置弹性束缚带，使其绕过小鼠上门齿进行垂直牵引，防止头部重力性下垂导致的体位偏移。使用压敏胶带固定四肢，对于上肢，压敏胶带固定小鼠前肢肘关节近端，粘贴力度以皮肤轻微凹陷为度，下肢粘贴膝关节远端，保持后肢自然伸展。②全胸腔照射：小鼠脊柱与中心十字线对齐，射野头侧界为双耳缘连线。使用压敏胶带固定四肢，对于上肢，压敏胶带固定小鼠前肢肘关节近端，粘贴力度以皮肤轻微凹陷为度，下肢粘贴膝关节远端，保持后肢自然伸展。③全腹腔照射：小鼠脊柱与中心十字线对齐，射野尾侧界为肛门。使用压敏胶带固定四肢，对于上肢，压敏胶带固定小鼠前肢肘关节近端，粘贴力度以皮肤轻微凹陷为度，下肢粘贴膝关节远端，保持后肢自然伸展。④皮肤照射：小鼠一侧股骨与中心十字线对齐，射野脚侧界为膝关节。使用压敏胶带固定四肢和尾部，辐照侧后腿尽量外展，使小鼠腹腔远离射野。⑤全身照射：小鼠脊柱与中心十字线对齐，小鼠中心与射野中心重叠，保证射野覆盖小鼠全身。使用压敏胶带固定四肢，对于上肢，压敏胶带固定小鼠前肢肘关节近端，粘贴力度以皮肤轻微凹陷为度，下肢粘贴膝关节远端，保持后肢自然伸展。固定后检验：固定后应对固定效果进行评估。评估麻醉深度：观察小鼠是否麻醉过浅或射野内组织移位；评估体位稳定性：胶带是否粘紧，有无脱落风险(水平束照射时需重点关注)。小鼠照射：将固定好小鼠的亚克力固定板置于准直器后方相应SSD处，射野中心与亚克力固定板中心重合。照射组小鼠根据前叙剂量标定参数，给予目标脉冲数的X-FLASH照射或常规剂量率照射；对照组小鼠除不出束照射以外，其余处理方式(包括放置位置、等待时间等)均与照射组小鼠保持严格一致。(3)荷瘤小鼠辐照实验皮下移植瘤模型：小鼠后腿外侧是首选的肿瘤接种部位，主要原因是：①该部位易于精确定位、固定和照射，显著降低了因呼吸运动或体位变化导致的靶区不确定性。②肿瘤生长及放射反应(如体积变化、局部皮肤/组织反应)在体表易于观察和量化。③避