放疗基础知识(复旦肿瘤医院)
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• 根据细胞增殖动力学，可把正常组织和肿瘤分 成二大类，在临床上直接表现为放射反应出现 时间的早晚。
• 增殖快的为早期反应组织或肿瘤，如皮肤和小 肠上皮细胞等，增殖慢的为晚期反应组织或肿 瘤如CNS，肺等组织。
晚反应组织
早反应组织
人肿瘤及正常组织的 / 比值
晚反应组织平均值 2.9 早反应组织平均值10.6 肿瘤通常 >10
• 韧致辐射
电离射线的剂量吸收
• 射线与（穿射）物质相互作用，其 能量被物质吸收
• 单位：Gy(格雷，Gray) • 1 Gy =100cGy =100rad=1J/Kg
1 Gy = 1 J/Kg
60J 60 Gy 1Kg水 人 水温↑ 0.012 0C ?
1 Gy = 1 J/Kg
60J 60 Gy 1Kg水 人 水温↑ 0.012 0C 死亡
放射敏感性与放射治愈性
放射敏感性与放射治愈性
• 不存在明确的相关性
• 放射敏感高的肿瘤往 往分化程度低，恶性 程度较高，容易发生 远处转移，未必具有 可治愈性
喉鳞癌血管内侵犯
1.3 细胞存活曲线及早、晚 反应组织
细胞杀灭的“靶学说”
• 细胞的DNA双链中的某一特定区域存在关键位点即
存在所谓的靶
• 间接作用：
辐射作用于细胞中的其他原子或分子（通常是水） ，产生自由基，由自由基作用使靶产生损伤。
射线作用的分类
每 1 Gy 产生: 碱基损伤 单链断裂 双链断裂
射线直接 破坏DNA 射线产生的 自由基破坏DNA
> H+1000 OH - 1000 - 40
直接作用
间接作用
照射对克隆源细胞体外存活的影响
肿瘤放射治疗学
－基础知识
复旦大学肿瘤医院
2008年
恶性肿瘤的全球统计
新发病例 (百万)
男性 女性 总计 6.6 6.0 12.7
新发死亡 (百万)
4.2 3.4 7.6
Jemal A, et al. CA Cancer J Clin 2011; 61:69–90
2005年上海市恶性肿瘤统计
标化发病率188/106，新发病例4.6万（男性54%）， 每千人中3人以上罹患癌症
姑息性放射治疗
(Palliative RT)
• 对象: 无法治愈的晚期癌症患者 • 目的: 缓解症状, 如止痛、止血、清洁 溃疡，改善生活质量 • 要点: 不因治疗而增加痛苦 不是简单的推迟死亡, 而是延长有 意义的生命
To Cure — Sometimes To Relieve — Always To Encourage — Forever
常用的方式
• 内照射，或称近距离放射：指放射源密闭 后直接放在人体表面、自然腔道内或组织 内
前列腺癌的外照射与内照射
四野外照射
3
后
I125粒子植入内照射
2
4
前列腺轮廓
1
前
I125粒子
2.1 放疗分类
放射治疗分类
根治性放疗--患者可生存较长时间,且无严 重的后遗症 姑息性放疗--以解除病人痛苦，提高生存质
放射生物学
• 探讨放射线与生物体的相互作用，即放射线对肿瘤组织和
正常组织的效应，以及这两类组织被照射后所起的反应
• 主要在三个层面推动放射肿瘤学的发展：
1）判明机制，提供理论基础，如对乏氧和DNA损伤修复机制
的阐述 2）发展新的治疗策略，如乏氧增敏剂、非常规放疗 3）放疗的模式研究，即疗效或损伤预测模式和各类不同照射 方式之间合理切换模式的研究
• 靶受到放射损伤后将直接或间接引起细胞死亡
• “单击单靶杀灭”：假设单次打击细胞内的单个关
键靶点即可引起细胞的死亡（又称为α型细胞死亡
）
• “单击多靶杀灭” ：假设细胞内有n个靶, 只有把 n个靶全部打中, 细胞才会死亡(又称β型细胞死亡
细胞存活曲线及数学模型
稀疏电离
密集电离
早、晚反应组织生物学特点
姑息性放疗的常见指征
• 颅内转移(脑水肿)
• 食管阻塞
• 尿道/阴道出血 • 骨转移(预防病理性骨折、截瘫、止痛)
Bentzen SM, et al., Radiother Oncol 2005; 75: 355 –365 Delaney G, et al.. Cancer 2005; 104: 1129–1137
放射治疗
(Radiation Therapy, RT) • 利用电离射线(Ionizing Beam)治疗疾 病,特别是各类恶性肿瘤的临床学科,故亦 可称放射肿瘤学-Radiation Oncology • 放射物理 放射生物 临床放疗
生物效应
细胞周期
• • • • • G0--G1--S --G2--M --静止期 DNA合成前期 DNA合成期 DNA合成后期 有丝分裂期
• G0、S期相对不敏感 • G1期相对敏感 • G2、M 期敏感
放射生物学中的五个R
• 放射损伤的修复(repair) • 再充氧(reoxygenation)
线性能量传递(LET)
单位轨迹上能量传递的水平 低LET射线: X射线 (<10kev/μm) 射线 电子线
光子射线
X 射线 射线
高LET射线: 中子 (≥10kev/μm) 粒子 负π介子
电离射线与物质的相互作用
x、 射线 • 光电效应 • 康普顿效应
电子线
• 电离 • 激发
• 对电子效应
细胞水平生物学
整体水平生物学
1
S C6 9 U2
Surviving fraction
0. 1
S QD9 A5 4 9 A1 8 4 7
0. 01
S CC6 1 M CF 7
0. 001
0
2
4
6
8
10
12
Dose (Gy)
1.1 分子水平的放射
生物效应
射线作用的靶
DNA
射线引致 DNA损伤
DNA是主要的靶点
较富氧细胞低2.5-3倍 • 分次放射治疗后，富氧 细胞杀灭，乏氧细胞再 充氧，放射敏感性增加
血 管 富氧 乏氧 坏死 氧浓度
再增殖
• 正常组织修复损伤、增殖
• 肿瘤组织加速再增殖
--克服：加速超分割， 加用化疗等等
增殖的 肿瘤 细胞
• 放疗的原理：肿瘤和正常 组织在增殖和修复能力上 的差异
放射敏感性的概念
大部分肿瘤的 / 比值与早反应组织 接近或略大于早反应正常组织
分割量与细胞生存
A 单次剂量 细 胞 存 活 率 低/值：晚反应组织 增殖缓慢的恶性肿瘤 B
高/值：早反应组织 大部分恶性肿瘤
二.放疗临床总论
2.1 放疗的方式
放射治疗方式
• 外照射，或称远距离放射: 放射源位于体
外一定距离, 集中照射某一处组织, 是最
三万人因癌症死亡（男性60%），居心脑血管疾病 后第二位死因，每千人中2人以上因癌症而死亡
累计约18万存活着的癌症患者，每百人中就有超过 1人是癌症患者
上海预防医学杂志 20(8): 421
肿瘤治疗总体概况
5% 18% 未控 手术 放疗 化疗 55% 22%
52%-70%的患者需要接受放射治疗
X X
存活细胞定义：有形成集落的能力，即分裂生长成50个细胞的能力， 也称为“集落形成” coloning forming
受损伤细胞的转归
• 凋亡 • 分裂死亡 • 分裂畸变 • 不能分裂, 但保持生理功能 • 分裂一代或几代 • 没有改变或改变很少 • 加速再增殖 失去分裂能力
1.2 细胞水平的放射
加速器治疗恶性肿瘤
模拟定位机应用 • 1980s MRI应用肿瘤诊断和放射治疗 放射治疗计划系统(TPS)应用 • 1990s 适形放射治疗及调强放射治疗(IMRT)
CT模拟机
一.放射生物学基础
放射物理 放射生物 临床放疗
肿瘤放射治疗学
放射治疗
物 理 手 段 生 物 效 应
粒子Biblioteka Baidu线
电子线(线) 粒子 中子 负π介子 质子
肿瘤放射治疗学
1895年 Roentgen
阴极射线管
发现X线
12/22/1895
• 1896年 第一例放射治疗 • 1920s X线治疗喉癌 镭治疗宫颈癌 • 1930s Courtard 建立了分次放射治疗的方法
• 1950s 钴-60治疗恶性肿瘤
• 1970s CT应用肿瘤诊断和治疗
• 细胞周期再分布(redistribution) • 再增殖(repopulation)
• 放射敏感性(rediosensitivity)
放射损伤的修复
• 亚致死性损伤的修复
• 潜在致死性损伤的修复
细胞周期的再分布
• 细胞周期有不同的放射敏感性
• 敏感细胞杀灭，不敏感细胞进入敏感期
再充氧
• 乏氧细胞的放射敏感性
利用由钋产生的α 粒子进行的微束实验显示：细胞 核是辐射敏感部位
0
Polonium
10µm
α particles
Scale of cell and needle
射线的直接和间接作用
• 直接作用：
任何形式的辐射，如X或γ射线等被生物体吸收，直 接作用于细胞的关键靶区，使靶自身被激发或电离，从 而产生一系列的生物改变。
肿瘤细胞对放射线的反应，包括肿瘤退 缩的速度和程度。 包括肿瘤和正常组织对放射作用的相对 反应 放射敏感性与肿瘤的增殖能力成正比， 与细胞的分化程度成反比
放射敏感性的分类
• 高度敏感：精原细胞瘤、白血病、恶性 淋巴瘤 • 中度敏感：基底细胞癌、鳞状细胞癌、 非小细胞肺癌 • 低度敏感：大部分脑瘤、软组织肿瘤、 骨肉瘤及恶性黑色素瘤
辐射作用的时相
• 物理过程--能量吸收
• 化学过程--自由基形成 • 生化过程—DNA受损 秒至数小时） • 生物过程（数小时至十数年） -- 细胞死亡(肿瘤控制，晚 期损伤)，第二原发肿瘤
电离和激发（10-16至10-12秒）
损伤出现（10-12至10-2秒） 损伤修复/无法修复/错误修复（1
分子生物学
量为目的，如清洁溃疡、解除疼痛或压迫
放射治疗为首选根治疗法
1. 颜面部皮肤癌 2. 鼻咽癌 3. 扁桃体癌、口咽癌
放射治疗为主要治疗
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 口腔癌(除齿龈癌以外) 喉癌 精原细胞瘤 乳癌 Hodgkin氏淋巴瘤与非Hodgkin淋巴瘤 宫颈癌 食管癌 肺癌
• 增殖快的为早期反应组织或肿瘤，如皮肤和小 肠上皮细胞等，增殖慢的为晚期反应组织或肿 瘤如CNS，肺等组织。
晚反应组织
早反应组织
人肿瘤及正常组织的 / 比值
晚反应组织平均值 2.9 早反应组织平均值10.6 肿瘤通常 >10
• 韧致辐射
电离射线的剂量吸收
• 射线与（穿射）物质相互作用，其 能量被物质吸收
• 单位：Gy(格雷，Gray) • 1 Gy =100cGy =100rad=1J/Kg
1 Gy = 1 J/Kg
60J 60 Gy 1Kg水 人 水温↑ 0.012 0C ?
1 Gy = 1 J/Kg
60J 60 Gy 1Kg水 人 水温↑ 0.012 0C 死亡
放射敏感性与放射治愈性
放射敏感性与放射治愈性
• 不存在明确的相关性
• 放射敏感高的肿瘤往 往分化程度低，恶性 程度较高，容易发生 远处转移，未必具有 可治愈性
喉鳞癌血管内侵犯
1.3 细胞存活曲线及早、晚 反应组织
细胞杀灭的“靶学说”
• 细胞的DNA双链中的某一特定区域存在关键位点即
存在所谓的靶
• 间接作用：
辐射作用于细胞中的其他原子或分子（通常是水） ，产生自由基，由自由基作用使靶产生损伤。
射线作用的分类
每 1 Gy 产生: 碱基损伤 单链断裂 双链断裂
射线直接 破坏DNA 射线产生的 自由基破坏DNA
> H+1000 OH - 1000 - 40
直接作用
间接作用
照射对克隆源细胞体外存活的影响
肿瘤放射治疗学
－基础知识
复旦大学肿瘤医院
2008年
恶性肿瘤的全球统计
新发病例 (百万)
男性 女性 总计 6.6 6.0 12.7
新发死亡 (百万)
4.2 3.4 7.6
Jemal A, et al. CA Cancer J Clin 2011; 61:69–90
2005年上海市恶性肿瘤统计
标化发病率188/106，新发病例4.6万（男性54%）， 每千人中3人以上罹患癌症
姑息性放射治疗
(Palliative RT)
• 对象: 无法治愈的晚期癌症患者 • 目的: 缓解症状, 如止痛、止血、清洁 溃疡，改善生活质量 • 要点: 不因治疗而增加痛苦 不是简单的推迟死亡, 而是延长有 意义的生命
To Cure — Sometimes To Relieve — Always To Encourage — Forever
常用的方式
• 内照射，或称近距离放射：指放射源密闭 后直接放在人体表面、自然腔道内或组织 内
前列腺癌的外照射与内照射
四野外照射
3
后
I125粒子植入内照射
2
4
前列腺轮廓
1
前
I125粒子
2.1 放疗分类
放射治疗分类
根治性放疗--患者可生存较长时间,且无严 重的后遗症 姑息性放疗--以解除病人痛苦，提高生存质
放射生物学
• 探讨放射线与生物体的相互作用，即放射线对肿瘤组织和
正常组织的效应，以及这两类组织被照射后所起的反应
• 主要在三个层面推动放射肿瘤学的发展：
1）判明机制，提供理论基础，如对乏氧和DNA损伤修复机制
的阐述 2）发展新的治疗策略，如乏氧增敏剂、非常规放疗 3）放疗的模式研究，即疗效或损伤预测模式和各类不同照射 方式之间合理切换模式的研究
• 靶受到放射损伤后将直接或间接引起细胞死亡
• “单击单靶杀灭”：假设单次打击细胞内的单个关
键靶点即可引起细胞的死亡（又称为α型细胞死亡
）
• “单击多靶杀灭” ：假设细胞内有n个靶, 只有把 n个靶全部打中, 细胞才会死亡(又称β型细胞死亡
细胞存活曲线及数学模型
稀疏电离
密集电离
早、晚反应组织生物学特点
姑息性放疗的常见指征
• 颅内转移(脑水肿)
• 食管阻塞
• 尿道/阴道出血 • 骨转移(预防病理性骨折、截瘫、止痛)
Bentzen SM, et al., Radiother Oncol 2005; 75: 355 –365 Delaney G, et al.. Cancer 2005; 104: 1129–1137
放射治疗
(Radiation Therapy, RT) • 利用电离射线(Ionizing Beam)治疗疾 病,特别是各类恶性肿瘤的临床学科,故亦 可称放射肿瘤学-Radiation Oncology • 放射物理 放射生物 临床放疗
生物效应
细胞周期
• • • • • G0--G1--S --G2--M --静止期 DNA合成前期 DNA合成期 DNA合成后期 有丝分裂期
• G0、S期相对不敏感 • G1期相对敏感 • G2、M 期敏感
放射生物学中的五个R
• 放射损伤的修复(repair) • 再充氧(reoxygenation)
线性能量传递(LET)
单位轨迹上能量传递的水平 低LET射线: X射线 (<10kev/μm) 射线 电子线
光子射线
X 射线 射线
高LET射线: 中子 (≥10kev/μm) 粒子 负π介子
电离射线与物质的相互作用
x、 射线 • 光电效应 • 康普顿效应
电子线
• 电离 • 激发
• 对电子效应
细胞水平生物学
整体水平生物学
1
S C6 9 U2
Surviving fraction
0. 1
S QD9 A5 4 9 A1 8 4 7
0. 01
S CC6 1 M CF 7
0. 001
0
2
4
6
8
10
12
Dose (Gy)
1.1 分子水平的放射
生物效应
射线作用的靶
DNA
射线引致 DNA损伤
DNA是主要的靶点
较富氧细胞低2.5-3倍 • 分次放射治疗后，富氧 细胞杀灭，乏氧细胞再 充氧，放射敏感性增加
血 管 富氧 乏氧 坏死 氧浓度
再增殖
• 正常组织修复损伤、增殖
• 肿瘤组织加速再增殖
--克服：加速超分割， 加用化疗等等
增殖的 肿瘤 细胞
• 放疗的原理：肿瘤和正常 组织在增殖和修复能力上 的差异
放射敏感性的概念
大部分肿瘤的 / 比值与早反应组织 接近或略大于早反应正常组织
分割量与细胞生存
A 单次剂量 细 胞 存 活 率 低/值：晚反应组织 增殖缓慢的恶性肿瘤 B
高/值：早反应组织 大部分恶性肿瘤
二.放疗临床总论
2.1 放疗的方式
放射治疗方式
• 外照射，或称远距离放射: 放射源位于体
外一定距离, 集中照射某一处组织, 是最
三万人因癌症死亡（男性60%），居心脑血管疾病 后第二位死因，每千人中2人以上因癌症而死亡
累计约18万存活着的癌症患者，每百人中就有超过 1人是癌症患者
上海预防医学杂志 20(8): 421
肿瘤治疗总体概况
5% 18% 未控 手术 放疗 化疗 55% 22%
52%-70%的患者需要接受放射治疗
X X
存活细胞定义：有形成集落的能力，即分裂生长成50个细胞的能力， 也称为“集落形成” coloning forming
受损伤细胞的转归
• 凋亡 • 分裂死亡 • 分裂畸变 • 不能分裂, 但保持生理功能 • 分裂一代或几代 • 没有改变或改变很少 • 加速再增殖 失去分裂能力
1.2 细胞水平的放射
加速器治疗恶性肿瘤
模拟定位机应用 • 1980s MRI应用肿瘤诊断和放射治疗 放射治疗计划系统(TPS)应用 • 1990s 适形放射治疗及调强放射治疗(IMRT)
CT模拟机
一.放射生物学基础
放射物理 放射生物 临床放疗
肿瘤放射治疗学
放射治疗
物 理 手 段 生 物 效 应
粒子Biblioteka Baidu线
电子线(线) 粒子 中子 负π介子 质子
肿瘤放射治疗学
1895年 Roentgen
阴极射线管
发现X线
12/22/1895
• 1896年 第一例放射治疗 • 1920s X线治疗喉癌 镭治疗宫颈癌 • 1930s Courtard 建立了分次放射治疗的方法
• 1950s 钴-60治疗恶性肿瘤
• 1970s CT应用肿瘤诊断和治疗
• 细胞周期再分布(redistribution) • 再增殖(repopulation)
• 放射敏感性(rediosensitivity)
放射损伤的修复
• 亚致死性损伤的修复
• 潜在致死性损伤的修复
细胞周期的再分布
• 细胞周期有不同的放射敏感性
• 敏感细胞杀灭，不敏感细胞进入敏感期
再充氧
• 乏氧细胞的放射敏感性
利用由钋产生的α 粒子进行的微束实验显示：细胞 核是辐射敏感部位
0
Polonium
10µm
α particles
Scale of cell and needle
射线的直接和间接作用
• 直接作用：
任何形式的辐射，如X或γ射线等被生物体吸收，直 接作用于细胞的关键靶区，使靶自身被激发或电离，从 而产生一系列的生物改变。
肿瘤细胞对放射线的反应，包括肿瘤退 缩的速度和程度。 包括肿瘤和正常组织对放射作用的相对 反应 放射敏感性与肿瘤的增殖能力成正比， 与细胞的分化程度成反比
放射敏感性的分类
• 高度敏感：精原细胞瘤、白血病、恶性 淋巴瘤 • 中度敏感：基底细胞癌、鳞状细胞癌、 非小细胞肺癌 • 低度敏感：大部分脑瘤、软组织肿瘤、 骨肉瘤及恶性黑色素瘤
辐射作用的时相
• 物理过程--能量吸收
• 化学过程--自由基形成 • 生化过程—DNA受损 秒至数小时） • 生物过程（数小时至十数年） -- 细胞死亡(肿瘤控制，晚 期损伤)，第二原发肿瘤
电离和激发（10-16至10-12秒）
损伤出现（10-12至10-2秒） 损伤修复/无法修复/错误修复（1
分子生物学
量为目的，如清洁溃疡、解除疼痛或压迫
放射治疗为首选根治疗法
1. 颜面部皮肤癌 2. 鼻咽癌 3. 扁桃体癌、口咽癌
放射治疗为主要治疗
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 口腔癌(除齿龈癌以外) 喉癌 精原细胞瘤 乳癌 Hodgkin氏淋巴瘤与非Hodgkin淋巴瘤 宫颈癌 食管癌 肺癌