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1、放射修饰效应放射修饰效应-放射治疗放射治疗学基础学基础-2011-2011年研究生课年研究生课程程我最棒我最棒放射修饰效应放射修饰效应生物物理修饰效应生物物理修饰效应 剂量率效应剂量率效应 高高LETLET射线或重粒子修饰射线或重粒子修饰 时间、剂量、分次的修饰时间、剂量、分次的修饰 化学修饰效应化学修饰效应 放射增敏剂放射增敏剂 放射防护剂放射防护剂一、生物物理修饰效应一、生物物理修饰效应（一）剂量率效应（一）剂量率效应（一）剂量率效应（一）剂量率效应剂量率概念剂量率概念剂量率概念剂量率概念：放射源放射源放射源放射源/加速器单位时间内释放的剂量，加速器单位时间内释放的剂量，加速器单位时间内释
2、放的剂量，加速器单位时间内释放的剂量，cGy/MincGy/MincGy/MincGy/Min X X X X或或或或射线的剂量率是决定一个特定的吸收剂射线的剂量率是决定一个特定的吸收剂射线的剂量率是决定一个特定的吸收剂射线的剂量率是决定一个特定的吸收剂量的生物学效应用的主要因素之一。量的生物学效应用的主要因素之一。量的生物学效应用的主要因素之一。量的生物学效应用的主要因素之一。n n剂量率分剂量率分剂量率分剂量率分4 4 4 4类：类：类：类：(1)(1)(1)(1)非常低非常低非常低非常低 的剂量率的剂量率的剂量率的剂量率（2 2 2 2）低低低低 剂量率剂量率剂量率剂量率（3 3 3 3
3、）高高高高 剂量率剂量率剂量率剂量率（4 4 4 4）超超超超 高剂量率高剂量率高剂量率高剂量率(1)(1)非常低的剂量率：非常低的剂量率：照射长达几周、几月，甚至几年，主要用于照射长达几周、几月，甚至几年，主要用于放射生物实验研究；（建筑材料）放射生物实验研究；（建筑材料）(2)(2)低剂量率：低剂量率：10 10 10 10-3-3-3-310101010-10-10-10-10GyGyGyGyminminminmin或或或或0.10.10.10.11Gy/h1Gy/h1Gy/h1Gy/h的剂量率范围，的剂量率范围，的剂量率范围，的剂量率范围，常用于组织间或腔内照射，照射持续几个小时或几天
4、；常用于组织间或腔内照射，照射持续几个小时或几天；常用于组织间或腔内照射，照射持续几个小时或几天；常用于组织间或腔内照射，照射持续几个小时或几天；（125125I I：2.252.252.252.25、3.753.753.753.75、4.50 cGy/Hour)4.50 cGy/Hour)4.50 cGy/Hour)4.50 cGy/Hour)(3)(3)高剂量率：高剂量率：1 110Gy10Gyminmin的剂量率范围，的剂量率范围，是目前一般放疗外照射所用的剂量率；是目前一般放疗外照射所用的剂量率；192192铱：铱：直加直加:300 700 cGy/Min:300 700 cGy/Mi
5、n（4 4）超高剂量率：）超高剂量率：10109 910101212GyGyminmin的剂的剂 量率范围，用量率范围，用ss或或nsns计算脉冲的照射，主计算脉冲的照射，主 要用于放射生物实验研究要用于放射生物实验研究 ；剂量率效应：剂量率效应：生物效应：一般是指放射治疗外照射所用生物效应：一般是指放射治疗外照射所用的剂量率的范围内发生的效应。在的剂量率的范围内发生的效应。在低低LETLET射线射线放射治疗中，放射治疗中，剂量率效应剂量率效应是决定某一特定剂是决定某一特定剂量所产生一系列生物学反应的量所产生一系列生物学反应的关键因素关键因素之一。之一。剂量率效应剂量率效应：随着剂量率的降低和
6、照射时间随着剂量率的降低和照射时间的延长，通常某一特定剂量的生物效应将会降的延长，通常某一特定剂量的生物效应将会降低。低。因此剂量率效应出现对治疗不利的局面。因此剂量率效应出现对治疗不利的局面。剂量率效应的解释：剂量率效应的解释：剂量率效应的解释：剂量率效应的解释：长时间的照射期间会出现长时间的照射期间会出现长时间的照射期间会出现长时间的照射期间会出现SLDRSLDR（SDBRSDBR）曲线曲线曲线曲线A A A A是是是是X X X X射线一射线一射线一射线一次照射的存活线，次照射的存活线，次照射的存活线，次照射的存活线，曲线曲线曲线曲线F F F F是当每个剂量是当每个剂量是当每个剂量是当
7、每个剂量都以多分次的小剂都以多分次的小剂都以多分次的小剂都以多分次的小剂量量量量D D D D照射而获得的，照射而获得的，照射而获得的，照射而获得的，而两次小剂量的间而两次小剂量的间而两次小剂量的间而两次小剂量的间隔时间足以让亚致隔时间足以让亚致隔时间足以让亚致隔时间足以让亚致死损伤修复，多分死损伤修复，多分死损伤修复，多分死损伤修复，多分次小剂量基本接近次小剂量基本接近次小剂量基本接近次小剂量基本接近于连续照射。于连续照射。于连续照射。于连续照射。剂量率效应剂量率效应随着剂量率的降低，存活曲线越来越平坦，随着剂量率的降低，存活曲线越来越平坦，随着剂量率的降低，存活曲线越来越平坦，随着剂量率的
8、降低，存活曲线越来越平坦，外推外推外推外推数趋向数趋向数趋向数趋向1 1 1 1，即存活曲线直线部分下降坡度变得较平，即存活曲线直线部分下降坡度变得较平，即存活曲线直线部分下降坡度变得较平，即存活曲线直线部分下降坡度变得较平，平均致死剂量变大。因此，平均致死剂量变大。因此，平均致死剂量变大。因此，平均致死剂量变大。因此，剂量率效应实际上导致剂量率效应实际上导致剂量率效应实际上导致剂量率效应实际上导致了一个对治疗不利的后果。了一个对治疗不利的后果。了一个对治疗不利的后果。了一个对治疗不利的后果。剂量率效应实际上主要是由于延长照射，在照射剂量率效应实际上主要是由于延长照射，在照射剂量率效应实际上主
9、要是由于延长照射，在照射剂量率效应实际上主要是由于延长照射，在照射过程中发生过程中发生过程中发生过程中发生亚致死损伤修复亚致死损伤修复亚致死损伤修复亚致死损伤修复的结果。不同类型细胞的结果。不同类型细胞的结果。不同类型细胞的结果。不同类型细胞的剂量率效应有很大的区别，这反映了细胞的亚致的剂量率效应有很大的区别，这反映了细胞的亚致的剂量率效应有很大的区别，这反映了细胞的亚致的剂量率效应有很大的区别，这反映了细胞的亚致死损伤修复的能力。死损伤修复的能力。死损伤修复的能力。死损伤修复的能力。剂量率效应主要发生在剂量率效应主要发生在剂量率效应主要发生在剂量率效应主要发生在0.010.010.010.0
10、11Gy/min1Gy/min1Gy/min1Gy/min的剂量率的剂量率的剂量率的剂量率范围，高于或低于这个范围，已基本不存在剂量范围，高于或低于这个范围，已基本不存在剂量范围，高于或低于这个范围，已基本不存在剂量范围，高于或低于这个范围，已基本不存在剂量率效应。率效应。率效应。率效应。q 反向剂量率效应反向剂量率效应 (the inverse dose rate effect)(the inverse dose rate effect)与剂量率效应不同，与剂量率效应不同，与剂量率效应不同，与剂量率效应不同，反向剂量率效应是指当剂量率降反向剂量率效应是指当剂量率降反向剂量率效应是指当剂量率降
11、反向剂量率效应是指当剂量率降低时细胞杀灭反而增高现象。低时细胞杀灭反而增高现象。低时细胞杀灭反而增高现象。低时细胞杀灭反而增高现象。如图示，如图示，如图示，如图示，S3 S3 S3 S3 HeLaHeLaHeLaHeLa细胞系照射的剂量率从细胞系照射的剂量率从细胞系照射的剂量率从细胞系照射的剂量率从1.54Gy1.54Gy1.54Gy1.54Gyh h h h降降降降至至至至0.37Gy0.37Gy0.37Gy0.37Gyh h h h，提高了杀灭细胞的效应，因此这一低剂提高了杀灭细胞的效应，因此这一低剂提高了杀灭细胞的效应，因此这一低剂提高了杀灭细胞的效应，因此这一低剂量率几乎与一次急性照射
12、的效应一样有效。量率几乎与一次急性照射的效应一样有效。量率几乎与一次急性照射的效应一样有效。量率几乎与一次急性照射的效应一样有效。反向剂量率效应反向剂量率效应剂量率降低时，剂量率降低时，剂量率降低时，剂量率降低时，可杀灭更多的细可杀灭更多的细可杀灭更多的细可杀灭更多的细胞。剂量率从胞。剂量率从胞。剂量率从胞。剂量率从1.54Gy1.54Gy1.54Gy1.54Gyh h h h降至降至降至降至0.37Gy0.37Gy0.37Gy0.37Gyh h h h提高了杀灭细胞提高了杀灭细胞提高了杀灭细胞提高了杀灭细胞的效应。的效应。的效应。的效应。1.54Gy/h0.37Gy/h反向剂量率效应反向剂量
13、率效应在在在在1.54Gy1.54Gy1.54Gy1.54Gyh h h h的的的的剂剂剂剂量量量量率率率率照照照照射射射射后后后后，细细细细胞胞胞胞被被被被“冻冻冻冻结结结结”于于于于细细细细胞胞胞胞周周周周期期期期的不同时相而不前进。当剂量率降低至的不同时相而不前进。当剂量率降低至的不同时相而不前进。当剂量率降低至的不同时相而不前进。当剂量率降低至0.37Gy0.37Gy0.37Gy0.37Gyh h h h时，细时，细时，细时，细细胞进入并被阻滞于放敏感的细胞周期细胞进入并被阻滞于放敏感的细胞周期细胞进入并被阻滞于放敏感的细胞周期细胞进入并被阻滞于放敏感的细胞周期G2G2G2G2期。因此
14、，持期。因此，持期。因此，持期。因此，持续低剂量率照射时，一个原来非同步化的细胞群体变成续低剂量率照射时，一个原来非同步化的细胞群体变成续低剂量率照射时，一个原来非同步化的细胞群体变成续低剂量率照射时，一个原来非同步化的细胞群体变成了一个了一个了一个了一个G2G2G2G2期的群体。期的群体。期的群体。期的群体。一句话小结：一句话小结：剂量率效应剂量率效应随着剂量率降低，照射时间延长，生物随着剂量率降低，照射时间延长，生物效应降低，是细胞亚致死损伤修复的结效应降低，是细胞亚致死损伤修复的结果，对治疗不利，但也有例外。果，对治疗不利，但也有例外。一、生物物理修饰效应一、生物物理修饰效应（二）高（二
15、）高LETLET射线或重离子修饰射线或重离子修饰 qq LETLETLETLET（1inear energy transfer1inear energy transfer1inear energy transfer1inear energy transfer，传能线密度）传能线密度）传能线密度）传能线密度）单位长度上的能量转换单位长度上的能量转换单位长度上的能量转换单位长度上的能量转换低低低低LETLETLETLET射线：射线：射线：射线：LETLETLETLET值值值值10keV10keV10keV100keV100keV100keV100keVmmmm，包包包包括括括括中中中中子子子子、质
16、质质质子子子子、粒子、碳离子等，粒子、碳离子等，粒子、碳离子等，粒子、碳离子等，粒子的粒子的粒子的粒子的LETLETLETLET值为值为值为值为100keV100keV100keV100keVmmmm。原子原子:带正电的原子核带正电的原子核+带负电的核外电子构成带负电的核外电子构成;是个空心球体是个空心球体原子核原子核:带正电荷的质子带正电荷的质子+不带电荷的中子构成，质子数不带电荷的中子构成，质子数=电子数，电子数，原子的质量原子的质量:中子的个数中子的个数+质子的个数质子的个数1 1 1 1、相对生物效应、相对生物效应、相对生物效应、相对生物效应(RBERBERBERBE，relative
17、 biological effectiveness)relative biological effectiveness)relative biological effectiveness)relative biological effectiveness)即使照射剂量相等，不同性质射线所产生的生即使照射剂量相等，不同性质射线所产生的生即使照射剂量相等，不同性质射线所产生的生即使照射剂量相等，不同性质射线所产生的生物效应并不完全相同。物效应并不完全相同。物效应并不完全相同。物效应并不完全相同。相对生物效应：相对生物效应：相对生物效应：相对生物效应：产生相同生物效应所需的产生相同生物效应所需的产生
18、相同生物效应所需的产生相同生物效应所需的250KV-X250KV-X250KV-X250KV-X线剂量与所试验射线的剂量之此，即线剂量与所试验射线的剂量之此，即线剂量与所试验射线的剂量之此，即线剂量与所试验射线的剂量之此，即：相对生物效应相对生物效应相对生物效应相对生物效应 =产生某一生物效应所需要产生某一生物效应所需要产生某一生物效应所需要产生某一生物效应所需要250KV-X250KV-X250KV-X250KV-X线的剂量线的剂量线的剂量线的剂量 /产生相同生物效应所需试验射线的剂量产生相同生物效应所需试验射线的剂量产生相同生物效应所需试验射线的剂量产生相同生物效应所需试验射线的剂量 2
19、2、氧增强比、氧增强比(OER(OER，oxygen enhancement ratio)oxygen enhancement ratio)氧在细胞对电离辐射的效应过程中起到非常氧在细胞对电离辐射的效应过程中起到非常重要的作用。人们把氧在放射线和生物体之间相重要的作用。人们把氧在放射线和生物体之间相互作用中所起的作用，称为互作用中所起的作用，称为氧效应氧效应。为为定量地评价定量地评价氧效应，提出了氧效应，提出了氧增强比氧增强比，即：，即：氧增强比氧增强比=乏氧乏氧/空气空气 情况下达到相等生物情况下达到相等生物效应所需的照射剂量之比效应所需的照射剂量之比q LETLET与相对生物效应、氧增强比
20、的关系与相对生物效应、氧增强比的关系 T1 T1 T1 T1肾细胞肾细胞肾细胞肾细胞在低在低在低在低LETLETLETLET（X X X X线、线、线、线、线），线），线），线），OEROEROEROER在在在在2.53.02.53.02.53.02.53.0之间；之间；之间；之间；随着随着随着随着LETLETLETLET，开始开始开始开始时时时时OEROEROEROER 下降得较慢，而到下降得较慢，而到下降得较慢，而到下降得较慢，而到LETLETLETLET超超超超 过约过约过约过约60 60 60 60 keVkeVkeVkeVmmmm时，时，时，时，OEROEROEROER 迅速下降，在
21、迅速下降，在迅速下降，在迅速下降，在LETLETLETLET升至升至升至升至200 200 200 200 keVkeVkeVkeVmmmm时时时时OEROEROEROER为为为为1 1 1 1；随着随着随着随着LET LET LET LET ，RBERBERBERBE开始缓开始缓开始缓开始缓 慢上升，当达到约慢上升，当达到约慢上升，当达到约慢上升，当达到约60 60 60 60 keVkeVkeVkeVmmmm时，时，时，时，RBERBERBERBE迅速上升迅速上升迅速上升迅速上升（二）高（二）高LETLET射线或重射线或重离离子修饰子修饰 q 高高LETLET射线剂量分布物理学特点：射线剂
22、量分布物理学特点：具有具有BraggBragg峰峰 峰以外及皮肤入射处剂量很小峰以外及皮肤入射处剂量很小 峰的位置及体积可以调节峰的位置及体积可以调节 横向散射小横向散射小1915年诺贝尔奖年诺贝尔奖（二）高（二）高LETLET射线或重粒子修饰射线或重粒子修饰 qq 高高高高LETLETLETLET射线生物学特点：射线生物学特点：射线生物学特点：射线生物学特点：相对生物效应相对生物效应相对生物效应相对生物效应(RBE)(RBE)(RBE)(RBE)高；高；高；高；致死性损伤致死性损伤致死性损伤致死性损伤（SLDSLDSLDSLD）比潜在损伤（比潜在损伤（比潜在损伤（比潜在损伤（PLDPLDPL
23、DPLD）及亚致死损及亚致死损及亚致死损及亚致死损 伤（伤（伤（伤（SLDSLDSLDSLD）高，损伤修复差；高，损伤修复差；高，损伤修复差；高，损伤修复差；高高高高LETLETLETLET射线照射后的细射线照射后的细射线照射后的细射线照射后的细 胞存活曲线比低胞存活曲线比低胞存活曲线比低胞存活曲线比低LETLETLETLET射线照射后细胞存活曲线陡，且射线照射后细胞存活曲线陡，且射线照射后细胞存活曲线陡，且射线照射后细胞存活曲线陡，且 肩区小；肩区小；肩区小；肩区小；氧增强比氧增强比氧增强比氧增强比(OER)(OER)(OER)(OER)小；小；小；小；对细胞周期的放射敏感性依赖小；对细胞周
24、期的放射敏感性依赖小；对细胞周期的放射敏感性依赖小；对细胞周期的放射敏感性依赖小；q高高LETLET射线射线相对生物效应较高，加上剂量分相对生物效应较高，加上剂量分 布上的优势，特别是峰区的布上的优势，特别是峰区的RBERBE高于坪区，使高于坪区，使 得高得高LETLET射线的优势较低射线的优势较低LETLET射线更加突出。射线更加突出。q不同高不同高LETLET射线或重离子的物理学及生物学特射线或重离子的物理学及生物学特点不一：点不一：中子：中子：具有较高生物学特性而无具有较高生物学特性而无BraggBragg峰；峰；质子：质子：剂量分布优势大而无生物学优势；剂量分布优势大而无生物学优势；负
25、介子、碳、氖：负介子、碳、氖：具有上述物理学分布和具有上述物理学分布和 生物学两大优势；生物学两大优势；高高LETLET射线或重离子射线或重离子临床应用前景临床应用前景 快中子治疗临床应用快中子治疗临床应用 快中子：曾是研究最深入、临床经验积累较多快中子：曾是研究最深入、临床经验积累较多快中子：曾是研究最深入、临床经验积累较多快中子：曾是研究最深入、临床经验积累较多 与与与与X X X X线、线、线、线、线相比，快中子放射生物学优势：线相比，快中子放射生物学优势：线相比，快中子放射生物学优势：线相比，快中子放射生物学优势：快中子快中子快中子快中子的的的的OEROEROEROER低；低；低；低；
26、快中子照射后没有或很少亚致死损伤修复，快中子照射后没有或很少亚致死损伤修复，快中子照射后没有或很少亚致死损伤修复，快中子照射后没有或很少亚致死损伤修复，细胞存活曲线肩区小；细胞存活曲线肩区小；细胞存活曲线肩区小；细胞存活曲线肩区小；快中子照射后没有潜在致死损伤修复；快中子照射后没有潜在致死损伤修复；快中子照射后没有潜在致死损伤修复；快中子照射后没有潜在致死损伤修复；快中于对细胞增殖周期不同时期细胞的放射快中于对细胞增殖周期不同时期细胞的放射快中于对细胞增殖周期不同时期细胞的放射快中于对细胞增殖周期不同时期细胞的放射 敏感性差别影响较小。敏感性差别影响较小。敏感性差别影响较小。敏感性差别影响较小
27、。目前，快中子的适应证：目前，快中子的适应证：疗效最好：疗效最好：腮腺恶性肿瘤，腮腺恶性肿瘤，其其 次：次：前列腺癌前列腺癌C C及及D D期、期、软组织瘤、骨肉瘤、软组织瘤、骨肉瘤、局部晚期头颈部癌、局部晚期头颈部癌、直肠癌术后复发、直肠癌术后复发、副鼻窦腺样囊性上皮癌、副鼻窦腺样囊性上皮癌、黑色素瘤黑色素瘤快中子的临床前景快中子的临床前景 由于快中子有良好的生物学特性，而无明显的物理学优势，因此对肿瘤组织和正常组织均造成严重损伤，因此现在基本放弃了快中子的临床使用。质子治疗临床应用质子治疗临床应用Robert Wilson(1914-2000)Robert Wilson(1914-2000
28、)Fermi Fermi 国家加速器实验室国家加速器实验室国家加速器实验室国家加速器实验室第一任负责人第一任负责人第一任负责人第一任负责人 使用质子用于医疗治疗的想法始于1946年RobertWilson在伯克利的研究。R.R.Wilson,Radiologicaluseoffastprotons,Radiology47(1946)487 质子治疗临床应用质子治疗临床应用 由于具有良好的物理特性，因此对肿瘤的损伤大，而对正常组织的损伤较小；1954年在USA开始使用，目前全球广泛使用 MD Anderson:2台 2004年，国内第一台，山东前景良好，但有争议；（IMRT，TOMO）M.D.A
29、nderson Cancer CenterM.D.Anderson Proton Therapy Center质子治疗适应症质子治疗适应症脑和脊髓肿瘤脑和脊髓肿瘤脑和脊髓肿瘤脑和脊髓肿瘤：脑（脊）膜瘤、脑转移瘤、脑胶质瘤、听神经：脑（脊）膜瘤、脑转移瘤、脑胶质瘤、听神经：脑（脊）膜瘤、脑转移瘤、脑胶质瘤、听神经：脑（脊）膜瘤、脑转移瘤、脑胶质瘤、听神经瘤、垂体瘤、颅咽管瘤等。瘤、垂体瘤、颅咽管瘤等。瘤、垂体瘤、颅咽管瘤等。瘤、垂体瘤、颅咽管瘤等。颅底肿瘤颅底肿瘤颅底肿瘤颅底肿瘤：脊索瘤和软骨肿瘤。：脊索瘤和软骨肿瘤。：脊索瘤和软骨肿瘤。：脊索瘤和软骨肿瘤。眼部病变眼部病变眼部病变眼部病变：脉络
30、膜黑色素瘤、视网膜黄斑病变、眼眶肿瘤。：脉络膜黑色素瘤、视网膜黄斑病变、眼眶肿瘤。：脉络膜黑色素瘤、视网膜黄斑病变、眼眶肿瘤。：脉络膜黑色素瘤、视网膜黄斑病变、眼眶肿瘤。头颈部肿瘤头颈部肿瘤头颈部肿瘤头颈部肿瘤：鼻咽癌（原发、复发或转移）、口咽癌等。：鼻咽癌（原发、复发或转移）、口咽癌等。：鼻咽癌（原发、复发或转移）、口咽癌等。：鼻咽癌（原发、复发或转移）、口咽癌等。腹部肿瘤腹部肿瘤腹部肿瘤腹部肿瘤：肺癌、肝癌、食道癌、胰腺癌、胃癌、肾癌、纵隔：肺癌、肝癌、食道癌、胰腺癌、胃癌、肾癌、纵隔：肺癌、肝癌、食道癌、胰腺癌、胃癌、肾癌、纵隔：肺癌、肝癌、食道癌、胰腺癌、胃癌、肾癌、纵隔 肿瘤、腹腔后
31、肿瘤等。肿瘤、腹腔后肿瘤等。肿瘤、腹腔后肿瘤等。肿瘤、腹腔后肿瘤等。纵隔肿瘤及腹腔后肿瘤纵隔肿瘤及腹腔后肿瘤纵隔肿瘤及腹腔后肿瘤纵隔肿瘤及腹腔后肿瘤：盆腔肿瘤：盆腔肿瘤：盆腔肿瘤：盆腔肿瘤：前列腺癌、子宫肿瘤、卵巢癌、脊索瘤、软骨瘤前列腺癌、子宫肿瘤、卵巢癌、脊索瘤、软骨瘤前列腺癌、子宫肿瘤、卵巢癌、脊索瘤、软骨瘤前列腺癌、子宫肿瘤、卵巢癌、脊索瘤、软骨瘤儿童肿瘤儿童肿瘤儿童肿瘤儿童肿瘤：髓母细胞瘤、神经母细胞瘤及其他脑脊肿瘤、眼及：髓母细胞瘤、神经母细胞瘤及其他脑脊肿瘤、眼及：髓母细胞瘤、神经母细胞瘤及其他脑脊肿瘤、眼及：髓母细胞瘤、神经母细胞瘤及其他脑脊肿瘤、眼及眼眶肿瘤眼眶肿瘤眼眶肿瘤眼
32、眶肿瘤n n脑血管疾病脑血管疾病脑血管疾病脑血管疾病：脑动脉畸形、海绵状血管瘤等。：脑动脉畸形、海绵状血管瘤等。：脑动脉畸形、海绵状血管瘤等。：脑动脉畸形、海绵状血管瘤等。其它疾病其它疾病其它疾病其它疾病：癫痫、帕金森氏症、三叉神经痛。：癫痫、帕金森氏症、三叉神经痛。：癫痫、帕金森氏症、三叉神经痛。：癫痫、帕金森氏症、三叉神经痛。重离子治疗临床应用重离子治疗临床应用重离子放疗技术 重离子是指比氦重的原子失去一个甚至全部核外电子的离子；重离子束是指由加速器产生的荷能重离子束流，即重离子束射线。1931193119311931年年年年伯克利伯克利伯克利伯克利回旋加速器回旋加速器回旋加速器回旋加速器
33、 重离子治疗临床应用重离子治疗临床应用 由于具有良好的物理特性，也具有良好的生物学特由于具有良好的物理特性，也具有良好的生物学特性，因此对肿瘤损伤大的同时，很好地保护了正常性，因此对肿瘤损伤大的同时，很好地保护了正常组织；组织；1974 1974年，年，USAUSA开始试用，但没用于临床开始试用，但没用于临床 目前四个国家：日、德、意、中目前四个国家：日、德、意、中 2009 2009年：年：50005000多例多例 2009 2009年，国内，中科院兰州近代物理研究所年，国内，中科院兰州近代物理研究所 8 8批次，批次，102102例，浅层肿瘤例，浅层肿瘤 重离子治疗临床应用重离子治疗临床应
34、用中科院兰州近代物理研究所中科院兰州近代物理研究所同步加速器同步加速器 重离子重离子:12C-Ion能量能量:430MeV(1000MeV)治疗深度治疗深度:25cm重离子治疗适应症：重离子治疗适应症：1 1）头颈部肿瘤；）头颈部肿瘤；2 2）中枢神经瘤；）中枢神经瘤；3 3）肺癌；）肺癌；4 4）肝细胞癌；）肝细胞癌；5 5）前列腺癌；）前列腺癌；6 6）骨及软组织瘤；）骨及软组织瘤；7 7）子宫颈癌；）子宫颈癌；8 8）直肠癌；）直肠癌；9 9）胰腺癌。）胰腺癌。兵兵兵兵库库库库质质质质子子子子和和和和碳碳碳碳离离离离子子子子治治治治疗疗疗疗系系系系统统统统 日本目前已有兵库县重离子束医疗
35、中日本目前已有兵库县重离子束医疗中心、若狭湾高能研究中心等心、若狭湾高能研究中心等6 6家家医院或中心医院或中心具有医用质子具有医用质子/重离子放疗系统。重离子放疗系统。重离子放疗技术在国外的发展 日本国立放射医学研究所（NIRS）建立侧重于重离子治癌研究的HIMAC装置，配有3个治疗室，并建立附属医院，至今已用碳离子治疗40004000余位患者。NIRSNIRSNIRSNIRS：水平束、垂直束和水平及：水平束、垂直束和水平及垂直束三个治疗室。扫描方式垂直束三个治疗室。扫描方式为被动式扫描，部分肿瘤的局为被动式扫描，部分肿瘤的局部控制率较低部控制率较低。重离子治癌：重离子治癌：可能是未来放疗最
36、好的工具可能是未来放疗最好的工具生物物理修饰效应生物物理修饰效应（三）时间、剂量、分次的修饰（三）时间、剂量、分次的修饰 （分割放射治疗的生物学基础及临床应用）（分割放射治疗的生物学基础及临床应用）（分割放射治疗的生物学基础及临床应用）（分割放射治疗的生物学基础及临床应用）分割放射治疗的生物学基础分割放射治疗的生物学基础-4R决定正常组织和肿瘤组织受到分次照射后的反应的因素主要有4个：4R 细胞放射损伤的修复细胞放射损伤的修复细胞放射损伤的修复细胞放射损伤的修复（Rrpair）细胞再增殖细胞再增殖细胞再增殖细胞再增殖（Reopulation）细胞周期时相再分布细胞周期时相再分布细胞周期时相再分
37、布细胞周期时相再分布（Redistribution）乏氧细胞再氧合乏氧细胞再氧合乏氧细胞再氧合乏氧细胞再氧合（Reoxygenation）第第1个个R：细胞放射损伤的修复：细胞放射损伤的修复（Rrpair）根据放射反应的规律，正常组织分为早根据放射反应的规律，正常组织分为早根据放射反应的规律，正常组织分为早根据放射反应的规律，正常组织分为早/晚反应晚反应晚反应晚反应 组织；肿瘤组织类似早反应组织组织；肿瘤组织类似早反应组织组织；肿瘤组织类似早反应组织组织；肿瘤组织类似早反应组织；修复能力：修复能力：修复能力：修复能力：早反应组织：修复亚致死损伤（早反应组织：修复亚致死损伤（早反应组织：修复亚致
38、死损伤（早反应组织：修复亚致死损伤（SLDSLDSLDSLD）低，主人通过）低，主人通过）低，主人通过）低，主人通过不断产生子代细胞的弥补放射损伤丢失的细胞；肿瘤组不断产生子代细胞的弥补放射损伤丢失的细胞；肿瘤组不断产生子代细胞的弥补放射损伤丢失的细胞；肿瘤组不断产生子代细胞的弥补放射损伤丢失的细胞；肿瘤组织类似早反应组织；织类似早反应组织；织类似早反应组织；织类似早反应组织；晚反应组织：很少或没有细胞增殖能力，主要通过修晚反应组织：很少或没有细胞增殖能力，主要通过修晚反应组织：很少或没有细胞增殖能力，主要通过修晚反应组织：很少或没有细胞增殖能力，主要通过修复亚致死损伤来抵抗放射损伤；复亚致死
39、损伤来抵抗放射损伤；复亚致死损伤来抵抗放射损伤；复亚致死损伤来抵抗放射损伤；第第1个个R：细胞放射损伤的修复（：细胞放射损伤的修复（Rrpair）分割剂量的大小对正常组织和肿瘤的放射损伤的损分割剂量的大小对正常组织和肿瘤的放射损伤的损分割剂量的大小对正常组织和肿瘤的放射损伤的损分割剂量的大小对正常组织和肿瘤的放射损伤的损伤有不同程度的影响：伤有不同程度的影响：伤有不同程度的影响：伤有不同程度的影响：早反应组织：早反应组织：早反应组织：早反应组织：/较大，较大，较大，较大，SLDSLDSLDSLD修复能力低修复能力低修复能力低修复能力低 ；肿瘤组织：类似早反应组织；肿瘤组织：类似早反应组织；肿瘤
40、组织：类似早反应组织；肿瘤组织：类似早反应组织；晚反应组织：晚反应组织：晚反应组织：晚反应组织：/较小，较小，较小，较小，SLDSLDSLDSLD修复能力强；修复能力强；修复能力强；修复能力强；在肿瘤放疗中，晚反应损伤是限制肿瘤剂量的主要因素在肿瘤放疗中，晚反应损伤是限制肿瘤剂量的主要因素在肿瘤放疗中，晚反应损伤是限制肿瘤剂量的主要因素在肿瘤放疗中，晚反应损伤是限制肿瘤剂量的主要因素之一，在一定范围内，降低分次剂量可以提高晚反应组之一，在一定范围内，降低分次剂量可以提高晚反应组之一，在一定范围内，降低分次剂量可以提高晚反应组之一，在一定范围内，降低分次剂量可以提高晚反应组织的耐受量（或减少放射
41、损伤），而对早期反应组织和织的耐受量（或减少放射损伤），而对早期反应组织和织的耐受量（或减少放射损伤），而对早期反应组织和织的耐受量（或减少放射损伤），而对早期反应组织和肿瘤的杀伤效应没有明显影响。肿瘤的杀伤效应没有明显影响。肿瘤的杀伤效应没有明显影响。肿瘤的杀伤效应没有明显影响。第第1个个R：细胞放射损伤的修复（：细胞放射损伤的修复（Rrpair）照射间隔与修复时间照射间隔与修复时间SLDRSLDR在放射后即刻开始修复；在放射后即刻开始修复；在放射后即刻开始修复；在放射后即刻开始修复；体外实验：体外实验：体外实验：体外实验：2424小时后修复大部分损伤；小时后修复大部分损伤；小时后修复大部分
42、损伤；小时后修复大部分损伤；T1/2T1/2多数情况下用多数情况下用多数情况下用多数情况下用1.51.5小时来估算，小时来估算，小时来估算，小时来估算，6 6小时后，小时后，小时后，小时后，44个个个个T1/2T1/2，修复了，修复了，修复了，修复了93.5%93.5%的亚致死损伤；的亚致死损伤；的亚致死损伤；的亚致死损伤；由于脊髓等中枢神经组织的由于脊髓等中枢神经组织的由于脊髓等中枢神经组织的由于脊髓等中枢神经组织的T1/2T1/2更长，更长，更长，更长，6 6小时有小时有小时有小时有可能不够；可能不够；可能不够；可能不够；第第2个个R：细胞的再增殖（：细胞的再增殖（Rrpopulation
43、）分次放疗过程中，分次放疗过程中，分次放疗过程中，分次放疗过程中，细胞增殖的速率不一，在某一些时间细胞增殖的速率不一，在某一些时间细胞增殖的速率不一，在某一些时间细胞增殖的速率不一，在某一些时间里会出现细胞的加速增殖现象，称为加速再增殖；里会出现细胞的加速增殖现象，称为加速再增殖；里会出现细胞的加速增殖现象，称为加速再增殖；里会出现细胞的加速增殖现象，称为加速再增殖；分割放疗期间，早反应分割放疗期间，早反应分割放疗期间，早反应分割放疗期间，早反应/肿瘤组织均会出现肿瘤组织均会出现肿瘤组织均会出现肿瘤组织均会出现 早反应组织：有利于放射反应的修复，急性反应在后早反应组织：有利于放射反应的修复，急
44、性反应在后早反应组织：有利于放射反应的修复，急性反应在后早反应组织：有利于放射反应的修复，急性反应在后 期减轻（期减轻（期减轻（期减轻（4W4W4W4W）；）；）；）；肿瘤组织：产生更多的肿瘤组织，不利于治疗；肿瘤组织：产生更多的肿瘤组织，不利于治疗；肿瘤组织：产生更多的肿瘤组织，不利于治疗；肿瘤组织：产生更多的肿瘤组织，不利于治疗；晚反应组织：放疗期间一般不会出现；晚反应组织：放疗期间一般不会出现；晚反应组织：放疗期间一般不会出现；晚反应组织：放疗期间一般不会出现；出现时间：出现时间：出现时间：出现时间：2-42-42-42-4周；周；周；周；正常组织的再增殖能力强于肿瘤，表现为再增正常组织
45、的再增殖能力强于肿瘤，表现为再增正常组织的再增殖能力强于肿瘤，表现为再增正常组织的再增殖能力强于肿瘤，表现为再增 殖出现较早、峰值高于肿瘤细胞群殖出现较早、峰值高于肿瘤细胞群殖出现较早、峰值高于肿瘤细胞群殖出现较早、峰值高于肿瘤细胞群第第2个个R：细胞的再增殖（：细胞的再增殖（Rrpopulation）临床意义：临床意义：临床意义：临床意义：为了克服放疗过程中的加速再增殖，必须尽避能缩短放为了克服放疗过程中的加速再增殖，必须尽避能缩短放为了克服放疗过程中的加速再增殖，必须尽避能缩短放为了克服放疗过程中的加速再增殖，必须尽避能缩短放疗疗程，以减少肿瘤细胞加速再增殖的机会，然而疗程疗疗程，以减少肿
46、瘤细胞加速再增殖的机会，然而疗程疗疗程，以减少肿瘤细胞加速再增殖的机会，然而疗程疗疗程，以减少肿瘤细胞加速再增殖的机会，然而疗程的缩短应以不增加正常组织的放射损伤为前提。的缩短应以不增加正常组织的放射损伤为前提。的缩短应以不增加正常组织的放射损伤为前提。的缩短应以不增加正常组织的放射损伤为前提。第第3个个R：细胞周期时个的再分布（：细胞周期时个的再分布（Redistribution）细胞周期时相的放射敏感性：细胞周期时相的放射敏感性：细胞周期时相的放射敏感性：细胞周期时相的放射敏感性：顺序：顺序：顺序：顺序：M M M M、G2G2G2G2、G1G1G1G1早、随着早、随着早、随着早、随着G1
47、SG1SG1SG1S发展，放疗敏感性发展，放疗敏感性发展，放疗敏感性发展，放疗敏感性，G1G1G1G1后期相对抵抗、后期相对抵抗、后期相对抵抗、后期相对抵抗、S S S S期相对抗拒；期相对抗拒；期相对抗拒；期相对抗拒；分次照射后，细胞群出现分次照射后，细胞群出现分次照射后，细胞群出现分次照射后，细胞群出现G2/MG2/MG2/MG2/M阻滞；当放射损伤修复后，阻滞；当放射损伤修复后，阻滞；当放射损伤修复后，阻滞；当放射损伤修复后，受阻的细胞去阻滞；受阻的细胞去阻滞；受阻的细胞去阻滞；受阻的细胞去阻滞；G2/MG2/MG2/MG2/M期阻滞是短暂的，细胞很快会按照自已本身固有的时期阻滞是短暂的
48、，细胞很快会按照自已本身固有的时期阻滞是短暂的，细胞很快会按照自已本身固有的时期阻滞是短暂的，细胞很快会按照自已本身固有的时相比例再重新分布；相比例再重新分布；相比例再重新分布；相比例再重新分布；早反应组织及肿瘤组织：上述规律是一致的；这些主要影早反应组织及肿瘤组织：上述规律是一致的；这些主要影早反应组织及肿瘤组织：上述规律是一致的；这些主要影早反应组织及肿瘤组织：上述规律是一致的；这些主要影响更新快的细胞；响更新快的细胞；响更新快的细胞；响更新快的细胞；晚反应组织：不进入细胞增殖周期、因而不受影响；晚反应组织：不进入细胞增殖周期、因而不受影响；晚反应组织：不进入细胞增殖周期、因而不受影响；晚
49、反应组织：不进入细胞增殖周期、因而不受影响；第第4个个R：再氧合（：再氧合（Reoxygenation）低低低低LETLETLETLET射线：射线：射线：射线：OER OER OER OER：2.532.532.532.53氧氧氧氧“固定固定固定固定”学说：学说：学说：学说：R.+O2 RO2R.+O2 RO2R.+O2 RO2R.+O2 RO2 R.:R.:R.:R.:可修复可修复可修复可修复 RO2:RO2:RO2:RO2:不可修复不可修复不可修复不可修复正常组织不存在乏氧细胞、肿瘤组织则存在明显乏氧，正常组织不存在乏氧细胞、肿瘤组织则存在明显乏氧，正常组织不存在乏氧细胞、肿瘤组织则存在明
50、显乏氧，正常组织不存在乏氧细胞、肿瘤组织则存在明显乏氧，有时高达有时高达有时高达有时高达60%-80%60%-80%60%-80%60%-80%；在分次放疗中，杀灭氧合好的细胞后、肿瘤细胞中的乏在分次放疗中，杀灭氧合好的细胞后、肿瘤细胞中的乏在分次放疗中，杀灭氧合好的细胞后、肿瘤细胞中的乏在分次放疗中，杀灭氧合好的细胞后、肿瘤细胞中的乏氧细胞的比例会增加，在二次放疗的间隔这些乏氧细胞氧细胞的比例会增加，在二次放疗的间隔这些乏氧细胞氧细胞的比例会增加，在二次放疗的间隔这些乏氧细胞氧细胞的比例会增加，在二次放疗的间隔这些乏氧细胞会得到再氧合的机会、起到自身增敏现象。会得到再氧合的机会、起到自身增敏