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第一节电离辐射种类及其与物质的相互作用电离辐射是指能引起被作用物质电离的射线。
电离辐射可分为电磁辐射和粒子辐射。
一、电离辐射种类：X(γ)射线、α粒子、β粒子、中子、负π介子、重离子等的物理特性；其能量转换主要通过光电效应、康普顿效应和电子对效应三种方式。
二、传能线密度（LET）：传能线密度（linear energy transfer，LET）：是指直接电离粒子在其单位长度径迹上消耗的平均能量，电离密度指单位粒子径迹长度上形成的离子数。
电离辐射构成的生物损害与LET高、低有关，但生物损害并非无止境地随LET增高而加大。
三、相对生物效能1、相对生物效能：X射线（250keV）引起某一生物效应所需剂量与所观察的辐射引起同一生物效应所需剂量的比值。
4.自由基对生物分子的作用：⑴自由基化学反应的主要类型:①抽氢反应②加成反应③电子俘获反应④歧化反应：既有氧化又有还原的反应。
⑤还原反应：O2—·在水溶液中主要起还原剂作用⑥氧化反应：O2—·在水溶液中为弱氧化剂，⑵自由基对DNA的损伤作用：自由基对DNA的作用后果主要有三类，即a单、双链断裂;b无嘌呤、嘧啶位点;c 产生环胞和嘧啶衍生物。
脂质过氧化作用引起细胞损伤的机制主要有以下三个方面：①膜脂改变导致膜功能改变和膜酶损伤。
②脂质过氧化过程中形成的活性氧对酶和其它细胞成份的损伤。
③脂质过氧化物的分解产物（特别是醛类产物）对细胞及其成份的毒性效应。
一、与辐射有关的因素1、辐射种类：不同种类的辐射产生的生物效应不同，从辐射的物理特性来看，电离密度和穿透能力是影响其生物学作用的重要因素，总的说来，这两者正好成反比关系。
2、辐射剂量：总的规律是剂量愈大，效应愈显著但并不全呈直线关系。
指数曲线可反映病毒、细菌、某些低等原生动物和植物的规律；S型曲线则符合于多细胞机体，特别是高等动物的规律。
LD50定义是将引起被照射机体死亡50%时的剂量称为半致死剂量（LD50 ），为衡量机体放射敏感性的参数。
第四节辐射生物学效应分类和影响因素、辐射生物学效应分类机体受辐射作用时，根据照射剂量、照射方式以及效应表现的情况，在实际工作中常将生物效应分类表述（一）按照射方式分1．外照射与内照射（extern al and intern al irradi ation）：辐射源由体外照射人体称外照射。
γ线、中子、X线等穿透力强的射线，外照射的生物学效应强。
放射性物质通过各途径进入机体，以其辐射能产生生物学效应者称内照射。
内照射的作用主要发生在放射性物质通过途径和沉积部位的组织器官，但其效应可波及全身。
内照射的效应以射程短、电离强的α、β射线作用主。
2．局部照射和全身照射（localand totalbody irradi ation）当外照射的射线照射身体某一部位，引起局部细胞的反应者称局部照射。
局部照射时身体各部位的辐射敏感性依次为腹部＞胸部＞头部＞四肢。
当全身均匀地或非均匀地受到照射而产生全身效应时称全身照射。
如照射剂量较小者为小剂量效应，如照射剂量较者（＞1Gy）则发展为急性放射病。
大面积的胸腹部局部照射也可发生全身效应，甚至急性放射病。
根据照射剂量大小和不同敏感组织的反应程度，辐射所致全身损伤分为骨髓型（bone marrow type）、肠型(gastro- intest inaltype)和脑型(centra l nervou s system type)三种类型。
（二）按照射剂量率分1．急性效应（acuteradiat ion effect）：高剂量率照射，短时间内达到较大剂量，效应迅速表现。
2．慢性效应(chroni c radiat ion effect)：低剂量率长期照射，随着照射剂量增加，效应逐渐积累，经历较长时间表现出来。
第一节电离辐射对生物大分子的作用电离辐射将能量传递给有机体引起的任何改变，统称为电离辐射生物学效应（ionizing radiation biological effect），人类的放射损伤是一种严重的病理性辐射生物效应。
一、电离辐射对生物大分子作用的基本原理生物分子损伤是一切辐射生物效应的物质的基础。
而生物分子损伤与自由基生成密切相关。
自由基（free radical）是指一些独立存在的、带有一个或多个不成对电子的原子、分子、基团或离子。
自由基是最大特性是化学不稳定性和高反应性，寿命很短，·OH（氢氧自由基）的平均寿命为10-9～10-8s，生物分子自由基也多在10-6～10-4s之间。
1．生物分子自由基的生成：有两种方式：（1）直接作用：电离辐射直接引起靶分子电离和激发而发生物理化学变化，生成生物分子自由基，如：T为电离辐射作用的靶分子，T+和T*为电离产生的正离子自由基和激发形成的激发态分子。
正离子自由基分解生成生物分子、中性自由基T·和离子；激发态分子解成两个自由基T·和H·。
（2）间接作用：电离辐射作用于生物分子的周围介质（主要是水）生成水射解自由基，这些自由基再与生物分子发生物理化学变化生成生物分子自由基，称次级自由基。
水辐射分解见图3-1。
图3-1 水辐射分解生成自由基简图水辐射分解生成的自由基与生物分子作用：2．生物分子损伤与修复：生物分子自由基生成后迅速起化学反应，两个自由基不配对电子相互配对，或是不配对电子转移给另一个分子，造成分子化学键的变化，引起生物分子破坏。
自由基反应能不断地生成新自由基，继续与原反应物起反应，形成连锁反应，使生物分子损伤的数量不断扩大，直到出现歧化反应（dismutation），生成两个稳定分子。
被损伤的生物分子，可以通过各种方式进行修复。
在自由基反应阶段（10-5s内）若介质中存在能供氢的分子，如含巯基化合物（谷胱甘肽G-SH等），则生物分子自由基可被修复，称化学修复。
放射治疗学知识点讲解一、辐射生物效应原理△(一）电离辐射的种类⒈电磁辐射：x射线、γ射线⒉粒子辐射⑴α粒子：质量大，运动慢，短距离引起较多电离。
⑵β粒子或电子：质量小，易偏转，深部组织电离作用。
⑶中子：不带电荷的粒子，高传能线密度射线。
⑷负π介子：大小介于电子和质子之间，可以带＋、－或不带电。
⑸重离子：某些原子被剥去外围电子后，形成带正电荷的原子核。
（二）直接作用和间接作用1.直接作用（P52）当X射线、γ射线、带电粒子或不带电粒子在生物介质中被吸收时，射线有可能直接与细胞中的靶分子作用，使靶分子的原子电离或激发，导致一系列的后果，引起生物学变化。
2.间接作用（P52）射线通过与细胞中的非靶原子或分子（特别是水分子）作用，产生自由基，后者可以扩散一定距离达到一个关键的靶并造成靶分子损伤。
(三）辐射对生物作用的机制（P53）(四）不同类型细胞的放射敏感性（P53）⒈B-T定律：∝繁殖能力/分化程度⒉cAMP：∝1/cAMP（淋巴细胞、卵细胞）⒊间期染色体体积：∝体积⒋线粒体数量：∝1/线粒体数量(五)传能线密度与相对生物效应⒈传能线密度（linearenergytransfer，LET）传能线密度是指次级粒子径迹单位长度上的能量转换，表明物质对具有一定电荷核一定速度的带电粒子的阻止本领，也就是带电粒子传给其径迹物质上的能量。
常用用千电子伏特/微米表示（keV/μm)表示，也可用焦耳/米表示。
单位换算为：1keV/μm＝1.602×10-10J/m⒉辐射生物效应与传能线密度的关系⑴射线的LET值愈大，在相同的吸收剂量下其生物效应愈大；⑵LET与电离密度成正比，高LET射线的电离密度较大，低LET射线的电离密度较小。
其中，电离密度是单位长度径迹上形成的离子数；⑶根据LET，射线可分为高LET射线和低LET射线。
低LET射线：X射线、γ射线、电子线等；高LET射线：中子、质子、α粒子、碳离子等。
辐射对细胞生物学影响及其作用机制探究随着科技的不断发展，人们在很多领域都离不开辐射，而辐射对细胞生物学有着很大的影响。
本文将探究辐射对细胞生物学的影响及其作用机制。
一、辐射对细胞的影响辐射的种类有很多，常见的有电离辐射和非电离辐射。
电离辐射包括阿尔法粒子、贝塔粒子和伽马射线，它们能够使细胞遭受到电离并将其损坏。
非电离辐射则包括紫外线、可见光线和红外线，它们能够通过吸收能量而对细胞产生影响。
辐射对细胞产生的影响包括：1.DNA损伤。
辐射能够直接或间接引起DNA的断裂、氧化和交联等损伤，这些损伤会影响细胞的复制和遗传信息的传递。
2.细胞凋亡。
辐射能够刺激细胞凋亡，引起细胞死亡。
3.基因突变。
辐射能够引起基因突变，如突变基因会导致细胞生长的失控，甚至引发癌症等疾病。
4.细胞代谢异常。
辐射会对细胞的代谢过程造成干扰，导致代谢异常。
二、辐射对细胞的作用机制辐射对细胞产生影响的主要作用机制包括：1.氧自由基的生成。
辐射能够产生大量的氧自由基，这些自由基会攻击细胞的成分，导致细胞膜的脂质过氧化、氧化酶的失活等。
2.线粒体损伤。
辐射能够直接或间接影响线粒体结构和功能，导致线粒体形态的改变、能量代谢的减弱等。
3.信号转导的改变。
辐射会影响信号转导过程，导致细胞生长、分化、凋亡的失衡。
4.基因表达异常。
辐射会影响基因表达，导致细胞转录、翻译和后翻译的异常。
5.DNA修复的损害。
辐射能够对DNA进行直接破坏或间接引起DNA的修复损害，导致DNA修复受阻。
三、辐射对细胞的影响与防护由于辐射对细胞产生的影响很大，因此需要采取一系列的措施来防护。
目前，辐射防护的主要措施包括：1.降低辐射剂量。
尽可能减少辐射剂量，这是最基本的防护手段。
2.个人防护。
在辐射源外围设置适当的隔离和防护措施，如穿戴射线防护服等。
3.环境监测。
对辐射源周围环境进行监测，及时发现和处理异常情况。
4.加强体质。
通过锻炼身体、补充营养等方式，提高身体抵抗力，减少辐射对身体造成的危害。
电离辐射生物效应电离辐射将能量传递给有机体引起的任何改变，统称为电离辐射生物学效应，人类的放射损伤是一种严重的病理性辐射生物效应。
一．电离辐射效应的分类电离辐射对人体作用的结果是多种多样的，一般将其分为随机性效应和确定性效应。
(一)随机性效应随机性效应是指发生几率（而不是严重程度）与照射剂量的大小相关的一类效应。
这种损害效应不存在剂量阈值，在个别细胞损伤（主要是突变）时即可出现。
因此，效应的出现表现出随机性，只是在大量重复试验和大量人群的观察下才呈现出统计学的规律性。
此类效应主要指辐射诱发癌变效应和遗传效应等。
因为在平时小剂量、低剂量率的照射条件下都有可能发生，一旦发生，目前尚难以治愈，所以它受到人们的高度重视。
目前己成为防护标准中研究的重要课题。
(二)确定性效应确定性效应是指严重程度（不是发生率）与照射剂量的大小有关的一类效应，例如照射后的白细胞减少、急性放射病、放射性白内障，放射性皮肤损伤，辐射致不孕症等均属于确定性效应。
效应的严重程度取决于细胞群中受损细胞的数量或比率，这种效应有一个明确的剂量阈值。
只要达到—定量的照射，就都会出现一定程度的损伤，其严重程度取决于所受照射剂量大小,在阈值以下不会见到有害效应。
—般说来，剂量越大，损害越严重，但当剂量降低到一定水平时，这种损伤就不会发生。
这类危害除极重度以上损伤现代医学水平难于救治外，一般都能治愈。
在防护标准中剂量限值的制定，战时核辐射及平时核事故中的应急照射，都是着重这方面的考虑。
随机性效应与确定性效应的区别见表2.1。
表2.1 随机性效应与确定性效应的区别确定性效应随机性效应发生几率与剂量剂量↑；几率↑剂量↑；几率↑严重程度有关无关阈剂量有无效应出现快慢较快较慢（时间长）二．电离辐射对人体各系统的影响(一)皮肤的损伤皮肤是人体的外层屏障，是射线首先作用的部位，也是人们最早发现损伤的部位。
皮肤及其附属器放射线的敏感顺序为：皮脂腺＞毛囊＞表皮＞汗腺。
由于电离辐射的两大生物学效应：确定性效应（具有较大剂量阈值才会发生，且其严重程度取决于受照剂量大小：如辐射导致的白内障）和随机性效应（不存在发生效应的剂量阈值，但发生几率与受照剂量大小有关：如诱发肿瘤与遗传效应）的存在，辐射剂量增加对人体的危害会相应地增加。
一般而言，CT 扫描比普通X 射线检查剂量大，照射剂量的增加导致辐射诱发癌症等随机效应的发生几率增加。
2009 年，位于美国洛杉矶的Cedars-Sinai 医疗中心的一名患者在接受CT 神经灌注扫描后出现头发脱落现象。
该医院经过调查发现，自2008 年 2 月开始在18 个月内，共206 名患者在CT 过程中被错误施加高达正常剂量值8 倍的辐射剂量。
为了规范CT 检查的行为，美国食品药品管理局（FDA）推荐在CT 检查中评估患者的接受的辐射剂量。
中国卫生部于2012 年公布新版《GBZ165-2012 X 射线计算机断层摄影放射防护要求》，首次公布了针对不同人群、不同部位CT 检查的诊断参考水平。
新版标准2013 年 2 月 1 日起实施，旧版标准同时废止。
根据《防护要求》，典型成年患者X 射线CT 检查头部、腰椎和腹部的诊断参考水平分别为50mGy、35mGy 和25 mGy，0 - 1 岁儿童患者胸部和头部诊断参考水平为23 mGy 和25mGy，10 岁儿童患者胸部和头部诊断参考水平为26mGy 和28mGy。
《防护要求》提出，CT 工作人员应在满足诊断需要的同时，尽可能减少受检者所受照射剂量。
在开展CT 检查时，做好非检查部位的防护，严格控制对诊断要求之外部位的扫描。
要禁止用成人的辐射剂量评估标准来评估儿童的辐射剂量。
为了保证临床医生获得剂量相关的信息，我们在每次检查结束之后都会得到图2 这样一张辐射剂量的报告表，在这张表格中，我们可以获得大部分和扫描相关的信息。
与辐射剂量相关的参数主要有两个，CTDI vol和DLP。
那么那个是有效辐射剂量，如果不是，患者的有效辐射剂量如何计算呢？今天我们就来聊聊辐射剂量的那些事儿。
图2：CT 检查的剂量报告表2CT 剂量指数（CT Dose Index, CTDI）：CTDI 是指在CT 检查中，受检者接收的射线平面内的辐射剂量，一般是用16cm（代表头部和四肢）和32cm（代表体部）的圆柱状的充水体模进行测量（单位：mGy），1981 年首次由Shope 提出后，先后被FDA、IEC、CEC、IAEA 等多个权威组织所定义并采用，是目前国际上应用最广泛的一种CT 剂量指标，我国国家标准亦采用此概念。
目前国际上对CT 剂量的表征量和测量方法（包括模体种类）未有一致意见，ICRP 亦指出为避免混淆，应明确各种CTDI 定义的区别。
目前公认的CTDI 有以下三个，三个指数并不直接表征各种CT 扫描所致受检者的剂量，但与受检者剂量密切相关。
与吸收剂量有相同的量纲，以毫戈瑞（mGy）为单位。
CT 剂量指数100（CTDI 100 ）CTDI 100 是迄今广泛应用的最基本的反映CT 扫描剂量特征的表征量，可用于统一比较CT 机性能。
其定义为：CT 旋转一周，将平行与旋转轴（z 轴，即垂直于断层平面）的剂量分布 D (z) 沿Z 轴从-50mm 到+50mm 积分，除以层厚T 与扫描断层数N 的乘积之商。
即：CTDI 100 可用热释光探测器（TLD），在专用的TLD 插件中进行各点剂量分布的测量，进而得出剂量分布曲线 D (z)，再依剂量分布曲线的半高宽（Full Width at Half Maximum，FWHM）通过拟合计算求得CTDI。
CTDI 100 采用积分区间从-50 mm 到+50 mm，可用有效长度正好为100mm 的笔形电离室在通用标准剂量模体中方便地测量到，从而方便进行CT 机的验收与经常性的质量控制检测等。
CTDI 100 这个最基本的表征量反映的是在标准甲基丙烯酸甲酯模体中测得某点空气中沉积的X 射线能量。
加权CT 剂量指数（CTDI W ）由于在同一个模体中不同位置的辐射剂量有所区别，因此为了更好的表达整体的辐射剂量水平，需要引入加权CT 剂量指数（CTDI W ）的概念，其可以准确反映扫描平面中的平均剂量。
CTDI 100 （中心）为在模体中心位置上的测量值；CTDI 100 （外周）表示在模体周边四个不同位置上（至少以90°为间隔的模体表面下10mm 处）测量值的平均值。
目前普遍采用的与有效长度100mm 笔形电离室检测仪器配套的标准有机玻璃剂量模体，分头部模体（直径160mm）与躯干模体（直径320mm）两种，均呈长度为140mm 的圆柱体状，模体中心及其四周表面下10mm 处都有专用的检测电离室插孔（该孔不测量时即插入组织等效的有机玻璃棒）。
加权CT 剂量指数（CTDI w ）已被选来作为CT 诊断医疗照射的指导（参考）水平的表征量之一。
可以反映多层连续扫描的平均剂量（pitch=1 时），但对于不连续的多层扫描，CTDI w 不能准确反映其平均剂量。
容积CT 剂量指数（CTDI vol ）螺旋CT 问世后，CTDI w 已经不能准确表征辐射剂量的水平，需要考虑螺距对扫描剂量的影响：CT 螺距（因子）=Δd / N·TΔ d 为X 射线管每旋转一周检查床移动的距离；N 为一次旋转扫描产生的断层数；T 为扫描层厚容积CT 剂量指数CTDI vol 反映整个扫描容积中的平均剂量。
这也是我们的剂量报告表格中与剂量直接相关的第一个参数。
小结容积CT 剂量指数CTDI vol 可由加权CT 剂量指数CTDI w 求得，而CTDI w 则是剂量模体中心位置与周边四个不同位置CTDI 100 测量值的加权结果。
因此：CTDI 100 反映的是CT 标准测量模体中某一点所沉积的X射线能量；CTDI w 描述CT 所扫描某一断层平面上的平均剂量状况；CTDI vol 是描述多排（层）螺旋CT 在整个扫描容积范围内的平均辐射剂量。
获得单位容积的辐射剂量水平之后，我们还需要了解一次检查的总体辐射剂量水平。
这就是剂量报告表中的第二个和剂量直接相关的参数。
3剂量长度乘积DLP：DLP 用来评价受检者一次完整CT 扫描的总的辐射剂量。
对于序列扫描DLP（单位：mGy·cm），可以表述为：DLP=i∑nCTDIw·nT·N·Ci 为X-CT 扫描序列数；N 为旋转圈数；nT 为每旋转一圈的标称限束准直宽度（cm）；C 为X 射线管每旋转一周的管电流与曝光时间之积（mAs）；nCTDI w 则表示与所用管电压和总标称限束准直宽度相对应的归一的加权CT 剂量指数（mGy·mA -1 ·s -1 ）。
对于螺旋扫描DLP 可方便地表达为：DLP=CTDI vol × LCTDI vol 为多排（层）螺旋CT 扫描的容积CT 剂量指数；L 为沿Z 轴的扫描长度。
4有效剂量D：在获得累计辐射剂量之后，这个参数还不是最终患者接受的辐射剂量，受检者的辐射剂量终将落实到有关各组织或器官的吸收剂量（D），组织或器官的吸收剂量是X射线积在受检者单位质量组织或器官里的能量。
单位: Gy, 1Gy=1 焦尔·千克-1 (J·kg -1 )100c Gy=100rad组织或器官的吸收剂量的严格定义是物理意义上的点量，即吸收剂量是指致电离辐射授予某一体积元内物质的平均能量除以该体积元内物质的质量而得的商。
即：D=dε / dm组织或器官的吸收剂量是最完整地表征受检者所接受的X 射线照射的量，然而大多数情况下是不可能直接测量的，通过体模模拟研究可以解决：用仿真人体模型，借助TLD 和其它发光剂量计等探测器，测量受检者组织或器官的吸收剂量及其分布，采用蒙特卡罗（Monte Carlo）方法运算，估算组织或器官的吸收剂量。
吸收剂量的生物效应决定于射线的种类和照射条件。
如相同的吸收剂量，α射线对生物体危害比X 线大20 倍。
在辐射防护中，将个人或集体实际接收的或可能接收的吸收剂量根据组织生物效应加权修正，经修正后的吸收剂量在放射防护中称为当量剂量。
当量剂量的单位与吸收剂量一样，即焦尔·千克-1 (J·kg -1 )，专名是Sv，1Sv=1J·kg-1 (=1 Gy)比较不同类型放射学检查的相对电离辐射风险，并且考虑到不同组织或器官的不同辐射敏感性时，采用以希沃特（Sivert, Sv）为单位的有效剂量E 来表征。
全身有效剂量是一个反映非均匀照射归一到全身照射危险度的剂量参数。
有效剂量（Effective Dose）专指当所考虑的效应是随机性效应（例如辐射诱发的癌症等）时，在全身非均匀照射的情况下，人体所有组织或器官的当量剂量的加权总和。
即：E=∑WT·HTHT 为组织或器官T 所受的当量剂量；WT 为T 的组织权重因子。
有效剂量是器官和/ 或组织的当量剂量按各组织权重因子加权之和。
螺旋CT 的有效剂量：利用CTDI vol 及其扫描长度L 计算出剂量长度乘积DLP，再乘以特定的转换系数k 来估计出有效剂量E：E=k·DLP转换系数k(mSv·mGy -1 ·cm -1 ) 与检查部位有关。
同一个体的不同部位对相同辐射剂量的敏感程度不同，具体表现为K 值的不同。
K 值是不同部位的归一化有效剂量权重因子。
同一解剖部位，年龄越大，K 值越小；同一年龄段个体的头颈部K 值小于腹、盆部。
另外不同器官对射线的敏感性不同，敏感器官包括眼晶体、甲状腺、乳房、生殖腺和造血系统等。
在受到不必要的或过量的放射线照射时，人体发生白内障、甲状腺癌及乳腺癌的概率会增加。
2体型特异性扫描剂量评估：体型特异性扫描剂量评估（Size-Specific Dose Estimates, SSDE）以上这些评估方法主要是根据模体测量的结果进行推测，由于实际患者的体型并非圆柱体，且密度有有差别，因此使用上述方法对于准确反映患者接受的辐射剂量会存在误差。
2011 年，美国医学物理家协会（American Association of Physicists in Medicine, AAPM) 提出了体型特异性扫描剂量评估（Size-Specific Dose Estimates, SSDE）的方法。
SSDE 计算了有效直径（Effectivediameter, ED）的概念，指假设被扫描患者有一个圆形的横截面，沿着其头足方向的某一个给定位置处的直径。
虽然体部的某些部位有近似的圆截面，但大部分位置不是。
因此有效直径可以被认为是与患者体部横截面面积相等的圆的直径。
