《Physica Medica》雜誌 2015年9月 刊載Millar WT , Hopewell JW , Paddick I , Lindquist C , Nordströn H , Lidberg P , Gårding J 撰寫的《生物有效劑量(BED)概念在放射外科治療計劃中的作用。 The role of the concept of biologically effective dose (BED) in treatment planning in radiosurgery.》(doi: 0.1016/j.ejmp.2015.04.008.) 即使是使用相同的處方劑量,由於所使用的準直器大小不同、使用的等中心點數目/開啟射束數目/角度大小和每次照射靶點的間隔時間不同,造成放射外科(RS)治療時間上的差異。 生物有效劑量(BED)的概念,結合快速和緩慢的組織成分的修復過程,被用來顯示這些變數可能對伽瑪刀治療前庭神經鞘瘤患者的影響。 選擇2例患者採用B型伽瑪刀治療的方案,代表最廣泛的治療變數範圍;3個和13個等中心點,總治療時長25.4和129.6 分鐘,處方劑量14Gy。 相比之下,3例採用Perfexion(®)伽瑪刀治療。 等中心點數目11 - 18個,治療時長35.7 -74.4分鐘,處方劑量13Gy。 儘管較高和較低的生物有效劑量值與處方等劑量區域相關,在B型伽瑪刀治療的治療時長較長的方案中,14Gy的等劑量與α/β值為2.47的生物有效劑量(BED)58 Gy匹配,而治療時長較短的治療方案的生物有效劑量值為85 Gy(α/β值為2.47)。 生物有效劑量體積直方圖顯示,在總治療時長較長的計劃中,85 Gy(α/β值為2.47)只覆蓋了約65%的靶區。 3例使用Perfexion(®)伽瑪刀治療的,所對應的生物有效劑量值(α/β值為2.47),分別為59.5,68.5,和71.5Gy。 作者結論中認為,考慮到亞致死損傷修復 (the repair of sublethal damage),報告總治療時長對計算生物有效劑量的重要性,以反映所應用的總物理劑量(total physical dose)的生物學有效性(biological effectiveness)。 重點 •放射外科是放射治療/放射腫瘤學的一個重要的新發展。 •放射外科治療計劃目前忽略了亞致死損傷修復的相關時間。 •使用雙指數修復模型(bi-exponential repair model)重新評估伽瑪刀劑量計劃的物理學。 •使用相同物理劑量進行治療的患者在生物有效劑量上會差異顯著。 •應報告總治療時長(Overall treatment time),以更好地預測所輻射的總物理劑量(total physical dose delivered)的生物學有效性(biological effectiveness)。 在目前放射外科(RS)的臨床實踐中,治療通常是用等表面(iso-surface) 的總物理劑量來定義的,該等表面的組成是儘可能接近於總體腫瘤體積(GTV)。 舉個例子,使用伽瑪刀,一個標準的方法是指總定物理治療劑量為50%等劑量線,沒有邊界 (with no margin)。 因此,處方劑量就是正常組織受照的最大劑量和腫瘤組織受照的最小劑量。 在上述情況下,反映在劑量體積直方圖(DVH)中,腫瘤的峰值劑量將是處方劑量的兩倍。 隨著劑量最佳化方法的引入,為使處方等劑量線與總體腫瘤體積(GTV)的適形性最大化,併為使靶區外的劑量梯度最大化,處方等劑量線可以作出變化。 因此,按所給定的處方劑量,不同治療方案之間儘管靶區周邊梯度可能更一致,但最大劑量會有所不同,。 放射外科治療中,每次治療時所規定的總物理劑量歷來被稱為單次劑量暴露(a single dose exposure)。 然而,正如前面所指出的,伽瑪刀所使用的多個等中心點進行治療,情況並非如此。 該劑量實際上是在不同時間間隔的多次暴露中產生的。 這或多或少也適用於其他放射外科技術。 使用伽瑪刀,所使用的等中心點的數目反映覆蓋病灶所需計劃的複雜性,儘管在需手動更換準直器時會受到實際限制。 隨著(Perfexion®型伽瑪刀等)更多的自動化技術,治療同樣大小的病變,等中心點的數目會增加,以使適形性最大化,從而會影響總治療時長。 然而,鈷-60源的活性隨時間衰減(the time-related decay in the activity of the Cobalt-60 sources)也會對特定治療的總治療時長產生潛在的顯著影響。 總治療時長應該包括治療中的任何間隔 (gaps in treatment )時間,而不僅僅是輻射照射(beam-on)的時間。 單個等中心點代表B型伽瑪刀的201個獨立的鈷- 60源和Perfexion®伽瑪刀的192個鈷源的聚焦點,儘管單個鈷源、或準直器的組塊(扇區)可以被阻擋,以減少重要結構的受照劑量。 目前,在治療計劃中沒有考慮到總體治療時長的變化。 然而,即使從早期的細胞生存研究中就瞭解到,使用較低的劑量率會延長輻射劑量所需時間,從而導致生物學有效性的喪失。 人們關注到,在引入調強放射治療(IMRT)後,當按常規的2Gy分割會比常規放射治療延長超出幾分鐘後。 隨著輻射暴露時間從幾分鐘逐漸增加到1小時, 2Gy的劑量逐漸失去效應,導致克隆細胞存活率增加。 同樣,就正常的組織的毒性效應而言,延長劑量已被發現與毒性效應發生率降低有關。 例如,在研究中給予豬10釐米長度的脊髓均勻輻照,用30分鐘單劑量受照25 Gy會導致放射射性脊髓損傷的發生率達100%;而140分鐘受照同樣的劑量在卻不會導致1例放射性脊髓損傷(Hopewell,未發表的資料)。 此外,針對某一特定病人,在不同的等中心點區域性區域的劑量有差異,各部分劑量匯聚產生某一特定的總物理劑量。 例如,在給定的物理劑量等表面上的單個體積元(voxel),由於等中心點使用的準直器和幾何方向不同,劑量率會發生變化。 這些因素對處方給體積元的總物理劑量的生物學有效性有影響。 對於某個體模,總劑量的大部分將來自於單個的等中心點,而用於治療的其他等中心點的所起作用相對較小。 在另一個解剖位置,在相同的總物理等表面上,不同等中心點的相對劑量所起作用可能更加均衡一致。 在照射不同體積元的實際劑量方案中,這種變化會根據線性二次方程(LQ)模型,總在一個給定的總輻射劑量的生物有效性中,生物有效性與每個等中心點的劑量和劑量的平方(考慮到劑量率)的總合相關,在同一物理等劑量平面影響所設定總的物理劑量的生物有效性,正如前面所提到的與放射外科有關。 來自單個等中心點的最大劑量形成的體積元具有最高的生物有效劑量(BED)。 根據一個設定物理劑量的治療計劃,在單一物理等劑量表面,正常組織的生物有效劑量可能會有約15%的不同。 本文將探討生物有效劑量概念在放射外科治療計劃中的作用,因為目前不同治療計劃之間的巨大差異並不能從本質上說明任何處方劑量可能的生物學有效性。 尤其不同型號的伽瑪刀在輻照過程中間隔時間對總的治療時長的影響相差很大,比如B型伽瑪刀的間隔時間大約影響50%的總治療時長,而Perfexion®型伽瑪刀只有2 - 3%的影響。 2例B型伽瑪刀治療前庭神經鞘瘤的方案,在複雜性和治療時間方面都代表了光譜的兩端,均採用物理處方劑量為14Gy按50%的等劑量線治療。 這2例與3例使用Perfexion®伽瑪刀治療的進行比較。 後面一組患者接受的處方劑量為13Gy,等劑量線水平略有不同,但總的治療時長與前兩例患者治療時長相同。 根據磁共振成像上等劑量線/等生物有效劑量表面,以及劑量體積直方圖DVH與生物有效劑量體積直方圖(BEDVH)作比較,對物理治療方案及其相關生物有效劑量方案進行比較。 研究的目的是更好地理解生物有效劑量值的範圍和影響因素,從而設計出恰當的回顧性研究,以使與腫瘤效應/正常組織併發症可能發生率相關的生物有有效劑量,可供伽瑪刀或其他形式的放射外科的設計使用。 患者人群 從使用B型伽瑪刀治療的26例前庭神經鞘瘤患者中選取2例包括在早期的研究中。 2例均按處方治療劑量14Gy,50%物理等劑量線質量。 第一例患者的治療方案中使用3個等中心點,總的治療時長25.4 分鐘 (6 分鐘, 13.4分鐘,2個間隔);第二例患者使用13個等中心點(12個間隔,每個間隔6分鐘,57.6分鐘的射線照射時間),總的治療時長為129.6分鐘。 將以上2例與3例用新型Perfexion型伽瑪刀治療前庭神經鞘瘤的患者進行比較,後組用處方劑量13Gy治療。 這些治療方案表了在倫敦Cromwell伽瑪刀中心所運用的兩種型號伽瑪刀的總的治療時長的最大範圍。 表1中列舉了這些病例的特點。 兩個物理劑量分別是B型和Perfexion®型伽瑪刀最常用的病人治療所需劑量。 表1:使用B型伽瑪刀受照處方劑量14 Gy和使用Perfexion®型伽瑪刀受照13 Gy的前庭神經鞘瘤患者的治療 計算生物有效劑量的區域變化 為計算在感興趣的區域各點的處方劑量,如前所述開發出LeksellGammaPlan®的標準研究版本。 簡單地說,在這個版本的Leksell GammaPlan®中,可以在覆蓋所選定的感興趣區域的31x31x31的矩陣中的每個體積元提取與每個等中心點相關的劑量率。 因為每個等中心點的輻射暴露時間是已知的,從而可以計算每個體積元中的每個等中心點的具體劑量。 每個體積元中的每個等中心點的物理劑量之和形成特定體積元的總物理劑量。 在31 x31x31的矩陣中,可以使用以下方程計算出每個體積元的生物有效劑量BED: ϕ(Σ,μ)是一個複雜的函式,修復率參見參考文獻; 劑量率的影響,等中心點內時間(inter-iso-centre Time)和暴露時間(exposure time)是透過這個功能調節的。 “μ1”和“μ2”代表兩個亞致死的輻射損傷修復率,與曝光時間延長有關,“c”分隔係數與慢速修復(“μ1”>“μ2”)有關。 應該指出的是,兩者之間的絕對分割槽修復過程μ1和μ2,分別是1.0 /和c / 《生物有效劑量(BED)概念在放射外科治療計劃中的作用》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
音調
速度
音量
語言
生物有效劑量(BED)概念在放射外科治療計劃中的作用
精確朗讀模式適合大多數瀏覽器,也相容於桌上型與行動裝置。
不過,使用Chorme瀏覽器仍存在一些問題,不建議使用Chorme瀏覽器進行精確朗讀。