192Ir近距离照射的剂量率效应研究
作者：杨伟志 冯宁远 董秀 王军
单位：100021 北京，中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院放射治疗科放射生物室
关键词：近距离照射；剂量率效应
中华放射肿瘤学杂志990210
【摘要】 目的 对192Ir高剂量率近距离治疗机在近距离放射治疗中的剂量率效应进行了实验室观察和探讨。方法 分别在不同剂量率条件下(平均剂量率为46.29Gy/h或5.79Gy/h)进行全腹或全胸192Ir近距离照射。观察指标为存活隐窝细胞数(小肠)和LD50值(肺)。结果 随平均剂量率的降低和照射时间的延长，早反应组织小肠和晚反应组织肺癌生物效应也会随之下降。不同剂量率照射后小肠的ED10剂量之差为2.46Gy[(15.41-12.95)Gy]，等效剂量降低了16.0%；肺的LD50剂量之差为4.25Gy[(13.25-9.00)Gy]，等效剂量降低了32.1%。结论 在进行近距离放射治疗过程中，随剂量率的不同存在着对晚反应组织可能过量或肿瘤剂量不足的潜在生物学问题，该点应予注意。
, 百拇医药
Dose rate effect of 192Ir high dose rate brachy-irradiation
YANG Weizhi,FENG Ningyuan,DONG Xiuyue,et al.
Radiobiology Laboratory,Department of Radiation Oncology,Cancer Hospital,Chinese Academy of Medical
Sciences, Peking Union Medical College,Beijing 100021
【Abstract】 Objective To investigate the dose rate effect of 192Ir high dose rate (HDR) brachy-irradiation in mice. Methods Whole abdomen or thorax was irradiated with different dose rates (46.29 Gy/h or 5.79Gy/h). The end points for early response tissue (small intestine) and late response tissue (lung) were number of surviving crypt stem cells and LD50 value. Results The isoeffect dose for early and late response tissues decreased with decay of dose rate. The ED10 difference for intestinal mucosa was 2.46 Gy [(15.41-12.95)Gy] and LD50 value for lung tissue was 4.25 Gy [(13.25-9.00)Gy] under different dose rates. The isoeffect dose decreased about 16.0% for intestine and 32.1% for lung, respectively. Conclusions The results show that in HDR afterloading, there is a critical radiobiological potential for overdosing with respect to late complications or underdosing with respect to late complications or underdosing with respect to tumor sterilization under differet dose rate conditions.
, 百拇医药
【Key words】 Brachy-irradiation Dose-rate effect
192Ir高剂量率近距离治疗机(microSelectron-HDR)是以高剂量率、不等剂量率为特点的新型近距离治疗机。至今已成功地开展了多种癌瘤的腔内、管内和组织间插植治疗。在实际使用过程中，该种治疗机的放射源活度在大约半年时间内从新换源时的3.3×1011～3.7×1011Bq逐渐衰减为3.7×1010～7.4×1010Bq(192Ir的半衰期为74.2天)。由于短时间内源活度的迅速衰减所导致的剂量率变化(剂量率前后差10倍)是否会影响生物效应，进而影响临床的治疗效果，是放射治疗医生和放射生物研究人员有所疑问并热切关注的问题。本研究采用放射生物领域研究剂量率效应的常用技术，对192Ir高剂量率近距离照射的剂量率效应进行了观察探讨。
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1 材料与方法
1.1 实验动物：BALB/C小鼠，20～22g体重，雄性，由卫生部实验动物繁育场提供。
1.2 照射条件：实验动物置于特制的有机玻璃盒内，清醒状态下分别进行192Ir不同剂量率(平均剂量率12.95Gy/h、源活度7.637×1010Bq或46.29Gy/h、源活度2.727×1011Bq)近距离4管敷贴全胸或全腹照射。身体其余部分用铅防护。照前由放射物理师进行剂量学计算并制定照射计划。
1.3 实验分组：
(1)早反应组织组(小肠)：实验包括2个实验组，分别在源活度2.727×1011Bq和7.637×1010Bq时进行不同剂量率(平均剂量率为46.29Gy/h和12.95Gy/h)单次照射。每组各包括5个照射剂量点(0，10，12，14，16Gy)。
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(2)晚反应组织组(肺)：实验分为2个实验组，分别在源活度2.727×1011Bq和3.411×1010Bq时进行不同剂量率(平均剂量率46.29Gy/h和5.79Gy/h)单次照射。前者包括6个剂量点(0，6，9，12，15，18Gy)，后者包括9个剂量点(0，6，8，9，10，12，15，18，22Gy)。
1.4 实验结果的评定方法与数据处理：
(1)小肠实验：照射后3.5天处死小鼠间隔2cm长度全小肠取材，制备石蜡切片，采用Withers[1]的方法和公式，光镜下计数小肠存活隐窝细胞数。全部数据经计算机拟合作图统计处理后求出ED10值(存活隐窝细胞数为10时的照射剂量)。
(2)肺实验：照射后观察10个月，记录小鼠死亡情况，全部数据用计算机拟合作图统计处理，计算LD50值(小鼠死亡一半的照射剂量)及95%可信限。
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2 结果
图1显示不同剂量率不同剂量照射全腹后小鼠小肠隐窝上皮细胞的存活情况。平均剂量率为12.95Gy/h时，ED10剂量为15.41Gy；平均剂量率为46.29Gy/h时，ED10剂量为12.02Gy。
图1 不同平均剂量率照射后的小鼠小肠隐窝细胞的存活情况
图2显示不同平均剂量率不同剂量照射全肺后小鼠死亡情况。平均剂量率为5.79Gy/h时，LD50值为13.25Gy(95%可信限为11.25～15.60Gy)；平均剂量率为46.29Gy/h时，LD50为9.00Gy(95%可信限为8.19～9.89Gy)。实验结果显示：随平均剂量率的降低等效剂量升高。
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图2 不同平均剂量率全肺照射后的小鼠死亡情况
3 讨论
剂量率效应是一种重要的辐射生物学现象[2，3]。腔内或组织间插植等近距离照射，理论上应注意选用合理的剂量率范围，使其处于最佳状态，这样才能充分发挥近距离放射治疗的优越性。
以往的研究结果表明，实施照射时的剂量率是决定某一既定总剂量生物学结局的重要因素之一。在体外已研究了大量细胞系(包括正常细胞及肿瘤细胞)的高剂量率和低剂量率照射的生物效应，高剂量率和低剂量率照射后的细胞存活曲线呈不同形态，低剂量率照射的细胞存活曲线由于亚致死损伤的修复及细胞内在放射敏感性的差异而呈扇状分开[4]。放射治疗中，降低剂量率会导致剂量削减现象 ，造成疗效减弱效应。主要是由于低剂量率照射细胞内损伤修复快，治疗期间即可发生亚致死损伤的修复。
, 百拇医药 本研究对以高剂量率、不等剂量率和不均匀剂量为特点的192Ir近距离治疗机的剂量率效应进行了观察和探讨，目的在于为该机在临床的合理应用提供实验室参考依据。实验结果显示：在192Ir近距离照射过程中，随平均剂量率的降低和照射时间的延长，早反应组织小肠和晚反应组织肺的损伤效应均有下降。不同剂量率照射后小肠的ED10剂量之差为2.46Gy[(15.41-12.95)Gy]，等效剂量降低了16.0%；肺的LD50剂量之差为4.25Gy[(13.25-9.00)Gy]，等效剂量降低了32.1%。本研究结果除与Fowler[5]的推算结果一致外，同时还意味着，在进行192IrHDR后装近距离治疗过程中随剂量率的不同存在着对晚反应组织可能过量或肿瘤剂量不足的潜在生物学问题，该点应予注意。
在临床实践中，用LQ公式(线性二次方程)进行生物等效剂量换算时，一般将肿瘤组织类似于早反应组织，而正常组织防护则着重于考虑晚反应组织，因此，在192Ir近距离照射的临床应用过程中为保持一定的肿瘤控制率和正常组织的合理防护应注意根据平均剂量率考虑适当调整照射剂量。
, 百拇医药
参考文献
[1] Withers HR. Microcoloney survival assay for cells of mouse intestinal mucosa exposed to radiation. Int J Radiat Biol,1970,17(3):261.
[2] Steel GG,Deacon JM,Duchesne GM,et al. Review:the dose rate effect in human tumour cells. Radiother Oncol,1987,9(4):299-310.
[3] Barendsen GW. Dose fractionation, dose rate and isoeffect relationships for normal tissue responses. Int J Radiat Oncol Biol Phys,1982,8(11):1981-1997.
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[4] Hall EJ. Dose rate considerations.In:Mould RF, Batterman J, Matinez AA,eds.Brachytherapy from radium to optimization. Netherland:Veenman Drukkers,1994.9-18.
[5] Fowler JF. The radiobiology of brachytherapy. In:Matinez AA,Orton CG,Mould RF,eds. Brachytherapy HDR and LDR.Dearborn:Michigan,1989.129-131.
(收稿：1998-09-01 修回：1998-10-05), 百拇医药
单位：100021 北京，中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院放射治疗科放射生物室
关键词：近距离照射；剂量率效应
中华放射肿瘤学杂志990210
【摘要】 目的 对192Ir高剂量率近距离治疗机在近距离放射治疗中的剂量率效应进行了实验室观察和探讨。方法 分别在不同剂量率条件下(平均剂量率为46.29Gy/h或5.79Gy/h)进行全腹或全胸192Ir近距离照射。观察指标为存活隐窝细胞数(小肠)和LD50值(肺)。结果 随平均剂量率的降低和照射时间的延长，早反应组织小肠和晚反应组织肺癌生物效应也会随之下降。不同剂量率照射后小肠的ED10剂量之差为2.46Gy[(15.41-12.95)Gy]，等效剂量降低了16.0%；肺的LD50剂量之差为4.25Gy[(13.25-9.00)Gy]，等效剂量降低了32.1%。结论 在进行近距离放射治疗过程中，随剂量率的不同存在着对晚反应组织可能过量或肿瘤剂量不足的潜在生物学问题，该点应予注意。
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Dose rate effect of 192Ir high dose rate brachy-irradiation
YANG Weizhi,FENG Ningyuan,DONG Xiuyue,et al.
Radiobiology Laboratory,Department of Radiation Oncology,Cancer Hospital,Chinese Academy of Medical
Sciences, Peking Union Medical College,Beijing 100021
【Abstract】 Objective To investigate the dose rate effect of 192Ir high dose rate (HDR) brachy-irradiation in mice. Methods Whole abdomen or thorax was irradiated with different dose rates (46.29 Gy/h or 5.79Gy/h). The end points for early response tissue (small intestine) and late response tissue (lung) were number of surviving crypt stem cells and LD50 value. Results The isoeffect dose for early and late response tissues decreased with decay of dose rate. The ED10 difference for intestinal mucosa was 2.46 Gy [(15.41-12.95)Gy] and LD50 value for lung tissue was 4.25 Gy [(13.25-9.00)Gy] under different dose rates. The isoeffect dose decreased about 16.0% for intestine and 32.1% for lung, respectively. Conclusions The results show that in HDR afterloading, there is a critical radiobiological potential for overdosing with respect to late complications or underdosing with respect to late complications or underdosing with respect to tumor sterilization under differet dose rate conditions.
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【Key words】 Brachy-irradiation Dose-rate effect
192Ir高剂量率近距离治疗机(microSelectron-HDR)是以高剂量率、不等剂量率为特点的新型近距离治疗机。至今已成功地开展了多种癌瘤的腔内、管内和组织间插植治疗。在实际使用过程中，该种治疗机的放射源活度在大约半年时间内从新换源时的3.3×1011～3.7×1011Bq逐渐衰减为3.7×1010～7.4×1010Bq(192Ir的半衰期为74.2天)。由于短时间内源活度的迅速衰减所导致的剂量率变化(剂量率前后差10倍)是否会影响生物效应，进而影响临床的治疗效果，是放射治疗医生和放射生物研究人员有所疑问并热切关注的问题。本研究采用放射生物领域研究剂量率效应的常用技术，对192Ir高剂量率近距离照射的剂量率效应进行了观察探讨。
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1 材料与方法
1.1 实验动物：BALB/C小鼠，20～22g体重，雄性，由卫生部实验动物繁育场提供。
1.2 照射条件：实验动物置于特制的有机玻璃盒内，清醒状态下分别进行192Ir不同剂量率(平均剂量率12.95Gy/h、源活度7.637×1010Bq或46.29Gy/h、源活度2.727×1011Bq)近距离4管敷贴全胸或全腹照射。身体其余部分用铅防护。照前由放射物理师进行剂量学计算并制定照射计划。
1.3 实验分组：
(1)早反应组织组(小肠)：实验包括2个实验组，分别在源活度2.727×1011Bq和7.637×1010Bq时进行不同剂量率(平均剂量率为46.29Gy/h和12.95Gy/h)单次照射。每组各包括5个照射剂量点(0，10，12，14，16Gy)。
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(2)晚反应组织组(肺)：实验分为2个实验组，分别在源活度2.727×1011Bq和3.411×1010Bq时进行不同剂量率(平均剂量率46.29Gy/h和5.79Gy/h)单次照射。前者包括6个剂量点(0，6，9，12，15，18Gy)，后者包括9个剂量点(0，6，8，9，10，12，15，18，22Gy)。
1.4 实验结果的评定方法与数据处理：
(1)小肠实验：照射后3.5天处死小鼠间隔2cm长度全小肠取材，制备石蜡切片，采用Withers[1]的方法和公式，光镜下计数小肠存活隐窝细胞数。全部数据经计算机拟合作图统计处理后求出ED10值(存活隐窝细胞数为10时的照射剂量)。
(2)肺实验：照射后观察10个月，记录小鼠死亡情况，全部数据用计算机拟合作图统计处理，计算LD50值(小鼠死亡一半的照射剂量)及95%可信限。
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2 结果
图1显示不同剂量率不同剂量照射全腹后小鼠小肠隐窝上皮细胞的存活情况。平均剂量率为12.95Gy/h时，ED10剂量为15.41Gy；平均剂量率为46.29Gy/h时，ED10剂量为12.02Gy。
图1 不同平均剂量率照射后的小鼠小肠隐窝细胞的存活情况
图2显示不同平均剂量率不同剂量照射全肺后小鼠死亡情况。平均剂量率为5.79Gy/h时，LD50值为13.25Gy(95%可信限为11.25～15.60Gy)；平均剂量率为46.29Gy/h时，LD50为9.00Gy(95%可信限为8.19～9.89Gy)。实验结果显示：随平均剂量率的降低等效剂量升高。
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图2 不同平均剂量率全肺照射后的小鼠死亡情况
3 讨论
剂量率效应是一种重要的辐射生物学现象[2，3]。腔内或组织间插植等近距离照射，理论上应注意选用合理的剂量率范围，使其处于最佳状态，这样才能充分发挥近距离放射治疗的优越性。
以往的研究结果表明，实施照射时的剂量率是决定某一既定总剂量生物学结局的重要因素之一。在体外已研究了大量细胞系(包括正常细胞及肿瘤细胞)的高剂量率和低剂量率照射的生物效应，高剂量率和低剂量率照射后的细胞存活曲线呈不同形态，低剂量率照射的细胞存活曲线由于亚致死损伤的修复及细胞内在放射敏感性的差异而呈扇状分开[4]。放射治疗中，降低剂量率会导致剂量削减现象 ，造成疗效减弱效应。主要是由于低剂量率照射细胞内损伤修复快，治疗期间即可发生亚致死损伤的修复。
, 百拇医药 本研究对以高剂量率、不等剂量率和不均匀剂量为特点的192Ir近距离治疗机的剂量率效应进行了观察和探讨，目的在于为该机在临床的合理应用提供实验室参考依据。实验结果显示：在192Ir近距离照射过程中，随平均剂量率的降低和照射时间的延长，早反应组织小肠和晚反应组织肺的损伤效应均有下降。不同剂量率照射后小肠的ED10剂量之差为2.46Gy[(15.41-12.95)Gy]，等效剂量降低了16.0%；肺的LD50剂量之差为4.25Gy[(13.25-9.00)Gy]，等效剂量降低了32.1%。本研究结果除与Fowler[5]的推算结果一致外，同时还意味着，在进行192IrHDR后装近距离治疗过程中随剂量率的不同存在着对晚反应组织可能过量或肿瘤剂量不足的潜在生物学问题，该点应予注意。
在临床实践中，用LQ公式(线性二次方程)进行生物等效剂量换算时，一般将肿瘤组织类似于早反应组织，而正常组织防护则着重于考虑晚反应组织，因此，在192Ir近距离照射的临床应用过程中为保持一定的肿瘤控制率和正常组织的合理防护应注意根据平均剂量率考虑适当调整照射剂量。
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参考文献
[1] Withers HR. Microcoloney survival assay for cells of mouse intestinal mucosa exposed to radiation. Int J Radiat Biol,1970,17(3):261.
[2] Steel GG,Deacon JM,Duchesne GM,et al. Review:the dose rate effect in human tumour cells. Radiother Oncol,1987,9(4):299-310.
[3] Barendsen GW. Dose fractionation, dose rate and isoeffect relationships for normal tissue responses. Int J Radiat Oncol Biol Phys,1982,8(11):1981-1997.
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[4] Hall EJ. Dose rate considerations.In:Mould RF, Batterman J, Matinez AA,eds.Brachytherapy from radium to optimization. Netherland:Veenman Drukkers,1994.9-18.
[5] Fowler JF. The radiobiology of brachytherapy. In:Matinez AA,Orton CG,Mould RF,eds. Brachytherapy HDR and LDR.Dearborn:Michigan,1989.129-131.
(收稿：1998-09-01 修回：1998-10-05), 百拇医药