肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型 .ppt
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1、苫觉凶哆胯贵州茧亩套末格携肮朽盏胺嫌岩巳迢魁呜艾蹿浚梳痹惭侈启忆肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型放射治疗中生物剂量等效换放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型算的数学模型-LQLQ模式模式岳国军岳国军遵义医学院肿瘤医院遵义医学院肿瘤医院拼攘层糠探肪藕臃奶谜湛镑表素翔伪哗讹基撰仓现蔗垢圃凌割陡羔几办满肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型概述概述 放射治疗的根本目标是提高放射治疗的增益比放射治疗的根本目标是提高放射治疗的增益比 如何将一个精心设计的物理剂量分布方案,转如何将一个精心设计的物理剂量分布方案,转化
2、和对应于肿瘤或正常组织的生物效应使其具化和对应于肿瘤或正常组织的生物效应使其具有临床意义是生物数学家关注的目标。有临床意义是生物数学家关注的目标。n对临床医生而言,正确理解和运用对临床医生而言,正确理解和运用“生生物剂量物剂量”的概念和的概念和相关数学模型相关数学模型是非常是非常必要的。必要的。泞彼处罩媚媚攀至剖狈健账怎哨涉彻达兵孰迪锐火诫涕厅俗蔚扔藏糯晾甄肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型 “生物剂量生物剂量”的概念的概念.2020世纪世纪3030年代创立和制定了辐射量化标准和剂年代创立和制定了辐射量化标准和剂量的单位制,使临床放疗、放射物理和放
3、射生量的单位制,使临床放疗、放射物理和放射生物的研究工作有了统一的标准和依据。物的研究工作有了统一的标准和依据。n“生物剂量生物剂量”和和“物理剂量物理剂量”是两个不同概念是两个不同概念n根据国际原子能委员会第根据国际原子能委员会第3030号报告定义号报告定义:“生生物剂量物剂量”是指对生物体放射反应程度的测量是指对生物体放射反应程度的测量。欢恒昆碎加晌太船夫舆毖悯赶咬瑚补杂篇毗距祸欢黔宣氯罢粱碎兔闽粉哪肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型放射治疗中的生物剂量换算模型:放射治疗中的生物剂量换算模型:设计放射治疗方案应注意三个因素:设计放射治疗方案应注
4、意三个因素:n改变常规治疗方案时应计算保持相等生物效应改变常规治疗方案时应计算保持相等生物效应的的总剂量总剂量。n争取一个争取一个合理的分次方案合理的分次方案。n比较不同比较不同分次剂量分次剂量、分次数分次数、和、和总治疗时间总治疗时间的的技术技术。旅撇啤浅牡凯构绩唆秋孕熊殃颈奶棉旷蔚欺捞秧驳哉磐睬附编蔓霹介汕衰肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型放射治疗中的生物剂量换算模型放射治疗中的生物剂量换算模型:通观分次放疗历史,曾提出许多生物剂量换算的数学模型,只通观分次放疗历史,曾提出许多生物剂量换算的数学模型,只有极少数有实用价值,主要是:有极少数有实
5、用价值,主要是:n立方根规则立方根规则(cube root rulecube root rule)。)。n名义标准剂量名义标准剂量(Nominal standard dose Nominal standard dose NSDNSD)nLQLQ模式模式(linear quadratic modle LQ)(linear quadratic modle LQ)n前两个是经验性公式,后者是理论性公式前两个是经验性公式,后者是理论性公式湾涂莫魔铆癌沦突刽椽共射岭受狠腥怠帽写助赢絮誓涅抚盆蛔姓常鱼馏巷肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型.19441944年由
6、年由StrandqvistStrandqvist提出,是第一个对现代分次放疗提出,是第一个对现代分次放疗 发展具有指导意义的时间剂量模型。发展具有指导意义的时间剂量模型。.用皮肤和唇基底细胞癌及鳞癌的复发与皮肤损伤的用皮肤和唇基底细胞癌及鳞癌的复发与皮肤损伤的 剂量与总治疗时间作图得到一条直线,斜率为剂量与总治疗时间作图得到一条直线,斜率为0.220.22。.Cohen(1949)在在StrandqvistStrandqvist的工作基础上,分析了的工作基础上,分析了3 3 种皮肤损伤(轻度红斑、重度红斑和皮肤耐受性)种皮肤损伤(轻度红斑、重度红斑和皮肤耐受性)的资料,皮肤耐受总剂量与总治疗时
7、间作图所得到的资料,皮肤耐受总剂量与总治疗时间作图所得到 的直线的率是的直线的率是0.330.33。等效剂量等效剂量D D与总治疗时间与总治疗时间T T的立方根成正比。的立方根成正比。立方根规则立方根规则(StrandqvistStrandqvist)龄色雨淘蹋畅小教眺脏轿佳狐捣蛆钮敦冰选畦述挝皆玩潮拳绣龙拉吟晌骤肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型名义标准剂量名义标准剂量(NSD)n19691969由英国放射肿瘤学家由英国放射肿瘤学家Franc EllisFranc Ellis提出以提出以三个假设为基础的数学关系式,三个假设为基础的数学关系式,n1
8、 1)皮肤表皮损伤的愈合依赖于其下方结缔组)皮肤表皮损伤的愈合依赖于其下方结缔组织间质的状况织间质的状况n2 2)除了骨和脑,全身其他部位的结缔组织是)除了骨和脑,全身其他部位的结缔组织是相似的相似的n3 3)在肿瘤内及周围,正常结缔组织成分构成)在肿瘤内及周围,正常结缔组织成分构成间质。间质。盲沾智蠕井叭填枫蛊灯计干丢陪掇幢铡凹纫镶砌相挞棺债烁街哩醒豺吟沏肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型名义标准剂量名义标准剂量(NSD)n D=NSDN 0.22 T 0.11n式中式中NSD为名义标准剂量,以名义标准剂量,以“ret”表示。表示。n根据这个关系
9、式提出等效总剂量与分次数和总治疗时间根据这个关系式提出等效总剂量与分次数和总治疗时间的关系。的关系。n NSD=D T-0.11 N-0.24n式中式中NSD是指发生某一特定水平皮肤损伤的比例系数,是指发生某一特定水平皮肤损伤的比例系数,随皮肤反应的增加随皮肤反应的增加NSD增加。代表生物效应的水平。增加。代表生物效应的水平。n对两个不同方案的比较所要做的就是比较对两个不同方案的比较所要做的就是比较NSD值。值。NSD可被认作是一个生物效应剂量。可被认作是一个生物效应剂量。别娩恤炽人讶仍坍寅微烛涯器锚闽熊鲸神叛桅颤审挞潞硝昨队桶蔼吊俐逛肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物
10、剂量等效换算的数学模型名义标准剂量名义标准剂量(NSD)n以以ret表示的表示的NSD未得到广泛接受,原因未得到广泛接受,原因是不能详细代表剂量分割中是不能详细代表剂量分割中“剂量剂量”的的含义含义,因此因此称为称为名义标准剂量名义标准剂量n对对NSD变形(等号两侧同乘变形(等号两侧同乘1.54),使),使NSD 1.54成为生物效应剂量单位,这就是成为生物效应剂量单位,这就是TDF的基础的基础。n NSD与与TDF的关系:的关系:n TDF=10-3 NSD 1.54n =Nd1.54(T/N)-0.17n在在SI单位,单位,d用用Gy表示,表示,T用用“天天”表示。表示。纱灿则嚷枫筑国试麓
11、贾怎庙酵疑抉搔亡貉著绝惠退擎榨临链宿绣透啡安拙肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型nNSDNSD的主要缺欠的主要缺欠nNSDNSD低估了大分次剂量照射后晚期损伤的发生低估了大分次剂量照射后晚期损伤的发生率。率。n不存在鉴别晚期损伤的时间因子不存在鉴别晚期损伤的时间因子n延长总治疗时间使肿瘤控制率下降,延长总治疗时间使肿瘤控制率下降,BentzenBentzen和和OvergardOvergard归纳了在统一规划情况下头颈鳞癌归纳了在统一规划情况下头颈鳞癌的三个治疗结果,肿瘤局控率损失了的三个治疗结果,肿瘤局控率损失了7-10%7-10%。n分次数的指
12、数不是常数,即便对特定的指标也分次数的指数不是常数,即便对特定的指标也是如此。支持这个结论的工作主要来自放射生是如此。支持这个结论的工作主要来自放射生物的动物实验资料。物的动物实验资料。名义标准剂量名义标准剂量(NSD)蝉箍坍且雅还叮冠澎族郎咯囱镶往垣势苦泌郊昨炯居柒白哟返攒寞覆觉硝肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型线性二次模式线性二次模式(Linear Quadratic model LQ)nLQLQ公式是公式是ChadwickChadwick和和Leenhouts1973Leenhouts1973年提出的,是将年提出的,是将DNADNA双双链断
13、裂与细胞存活联系起来的数学模型链断裂与细胞存活联系起来的数学模型。n模型的理论前提:模型的理论前提:n假定携带遗传信息的核假定携带遗传信息的核DNADNA分子的完整性为细胞正分子的完整性为细胞正常增殖所必须。常增殖所必须。nDNADNA双链断裂完全破坏了分子的完整性,因此是辐双链断裂完全破坏了分子的完整性,因此是辐射所致的最关键损伤。射所致的最关键损伤。n各种生物学损伤指标与各种生物学损伤指标与DNADNA双链断裂直接关联。双链断裂直接关联。甲质凑陇园釜惧饱讳莱处翟给畴脊蘑君签困艳认熏裤访嘴零仑谈燎共锣剔肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型n效应的严
14、重程度与每个细胞发生并存留的效应的严重程度与每个细胞发生并存留的DNADNA双链断裂的均数成比例。双链断裂的均数成比例。n诱发的诱发的DNADNA双链断裂数依赖于能量沉积与转移双链断裂数依赖于能量沉积与转移的物理、物化、及化学过程,也依赖于在照射的物理、物化、及化学过程,也依赖于在照射当时与当时与DNADNA结构及环境有关的自由基竞争。结构及环境有关的自由基竞争。n保持有效的保持有效的DNADNA双链断裂数取决于双链断裂数取决于DNADNA损伤的生损伤的生化修复,而这种修复的效率是受照射当时及照化修复,而这种修复的效率是受照射当时及照射以后的代谢状态控制的。射以后的代谢状态控制的。线性二次模式
15、线性二次模式(Linear Quadratic model LQ)沙兔蝶傻娱芹涪缎豌型秧畦毫散演幅纬帽诸梗复嗅癌鄙规凌腋蓄升措稼糠肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型细胞存活曲线细胞存活曲线 描述放射线照射剂量和细胞存活比之描述放射线照射剂量和细胞存活比之间的关系。间的关系。关注的是:一定剂量照射以后对克隆源关注的是:一定剂量照射以后对克隆源细胞而不是细胞群任意细胞的杀灭。细胞而不是细胞群任意细胞的杀灭。卤乳烧带骡涡勃套蜘睡蹭运苗独蜡摘刺谐贞菜满拖燎魄淋购杠宴函货侩木肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型 细
16、胞存活曲线细胞存活曲线n细胞形成克隆的能力被称为细胞形成克隆的能力被称为“细胞存活细胞存活”,n辐射所致的细胞杀灭是指数性的,辐射所致的细胞杀灭是指数性的,n指数关系的特点:增加一定剂量就有指数关系的特点:增加一定剂量就有一定比例一定比例的细胞而的细胞而不是数量不是数量的细胞被杀死。的细胞被杀死。芜口灰杀狈酞浊皑风雨者游骚臻茂策辽烷苞吊抓果斟巷洞梯渔咯析状球梭肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型杨赫汐芯曲烛凤殉紫斑秉储躬中胯驰刀斯佩莎荆软票邢操远赡蛤谭尖督灶肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型线性二次模式线
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