鄧永錦，歐陽斌，王振宇，肖振華，黃伯天，黃鏡先，李宏行，包勇

中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院 a. 放射治療科；b. 設(shè)備科，廣東 廣州 510080

引言

醫(yī)用直線加速器是目前放射治療中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備。其多葉準(zhǔn)直器系統(tǒng)（Multi-Leaf Collimator，MLC）用于形成計劃要求的照射野，已取代傳統(tǒng)射野擋塊成為醫(yī)用加速器的標(biāo)準(zhǔn)配置[1]。由于MLC結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，在其形成的射野外存在小部分射線穿過MLC形成漏透射劑量（Leakage and Transmission Dose，LTD），其中包括穿透過MLC非端面處葉片內(nèi)透射劑量、相鄰葉片間凹槽結(jié)構(gòu)的漏射線，以及相對葉片合攏時端面間漏射線[2]。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報道，葉片內(nèi)及葉片間漏透射劑量可達(dá)射野最大劑量的1%～10%[3-4]，而葉片合攏端面處漏射線量更大。該劑量對射野外組織受量貢獻(xiàn)較大，尤其對于鉛門不跟隨或跳數(shù)較多的計劃而言，影響更不容忽視，因此對MLC漏透射特性進(jìn)行定量測量，是MLC系統(tǒng)劑量學(xué)重要工作。本院安裝的Varian Novalis Tx醫(yī)用直線加速器具有6、15 MV兩檔能量光子線，并裝備了特殊的HD120 MLC，其兩側(cè)葉片投影至等中心寬度為0.5 mm，中間葉片投影寬度為0.25 mm，較兩側(cè)小且葉片縫隙數(shù)量多[5-6]，目前未有該型號的MLC漏透射特性數(shù)據(jù)報道。

本文采用電離室、劑量儀、水箱及固體水對Novalis Tx直線加速器不同能量下，MLC閉合射野內(nèi)不同位置和方向上的漏透射特性進(jìn)行測量，并以全腦病例為臨床測試計劃，研究漏透射線對MLC射野外射線敏感OAR（晶體，眼球）劑量受量影響。

1 材料和方法

1.1 儀器與設(shè)備

Varian Novalis TX醫(yī)用直線加速器，IBA CC13電離室，IBA DOSE1劑量儀，IBA SP34固體水，IBA Blue Phantom2水箱及其配套控制軟件（OmniPro-Accept 7.5），Varian Eclipse TPS（Version 13.5）。

1.2 Varian Novalis TX MLC結(jié)構(gòu)

Varian Novalis TX直線加速器配置了特殊的HD120 MLC，共60對帶獨立電機(jī)的鎢合金葉片（圖1），其兩側(cè)各14對葉片投影至等中心寬度為0.5 mm，中間32對葉片投影寬度為0.25 mm，中間較兩側(cè)葉片小且縫隙數(shù)量多。該MLC可形成最大尺寸22 cm×40 cm照射野，葉片半影值小于3 mm，全面臨床精度可保證在0.5 mm內(nèi)。相鄰葉片間采用凹凸槽結(jié)構(gòu)減少葉片間漏射，端面采用弧形設(shè)計保證葉片運動過程中半影保持常數(shù)。

圖1 Varian Novalis TX直線加速器HD120 MLC葉片分布示意圖

1.3 ML C漏透射特性定義

本文MLC漏透射特性采用漏透射率（Leakage and Transmission Rate，LTR）表示，在鉛門形成15 cm×15 cm參考射野前提下，某點（x,y）的LTR定義如下：

式中Dclose(x,y)為MLC完全閉合情況下，加速器出一定跳數(shù)(x,y)點的累積劑量；Dopen(x,y) 為MLC形成與鉛門一致的15 cm×15 cm開野，加速器出相同跳數(shù)(x,y)點的累積劑量。本文LTR測量分3個部分：葉片內(nèi)透射率（Intraleaf Transmission Rate），測量點取閉合射野內(nèi)G-T方向距離中線2.5 cm線上的MLC投影中部（圖1中a點投影）；葉片間漏射率，測量點取閉合射野內(nèi)G-T方向距離中線2.5 cm線上的相鄰MLC投影間（圖1中b點投影）；葉片合攏端面間漏射率，測量點取閉合射野內(nèi)G-T方向中線上MLC合攏端面投影處（圖1中c點投影）。

1.4 固體水下LTR測量

加速器臂架及準(zhǔn)直器均設(shè)為0°，取SSD 100 cm，將CC13電離室放置于SP34固體水下1.5 cm處并接至DOSE1劑量儀。加速器鉛門設(shè)置為15 cm×15 cm，選擇6 MV光子線，跳數(shù)設(shè)置500 MU，劑量率600 MU/min，MLC在射野中線處完全閉合情況下出束，電離室參考位置分別放置于MLC葉片內(nèi)透射率、葉片間漏射率及葉片端面間漏射率的測量點處，測量各點的Dclose(x,y)；隨后將MLC形成與鉛門一致的15 cm×15 cm射野，其他出束條件不變，測量各點的Dopen(x,y)，由LTR定義式計算各點LTR值。用同樣方法可測量1.5 cm深度下15 MV光子線上述各點LTR。所有測量均重復(fù)五次并取平均值及標(biāo)準(zhǔn)差。

1.5 離軸LTR曲線測量

加速器臂架及準(zhǔn)直器均設(shè)為0°，架設(shè)好Blue Phantom2水箱，取SSD 100 cm，將CC13測量電離室放置于水下1.5 cm的層面上并連接至水箱控制器，外接水箱控制電腦，參考電離室放置于近機(jī)頭處對角線方向上。加速器鉛門設(shè)置為15 cm×15 cm，射線能量選擇6 MV光子線，劑量率600 MU/min。MLC在射野中線處完全閉合情況下持續(xù)出束，通過水箱運動控制器控制測量電離室在同一深度層面上運動，由水箱控制軟件分別獲取MLC閉合射野內(nèi)G-T方向距離中線2.5 cm線（即圖1中ab點投影連線）、G-T方向中線（即圖1中c點投影所在的MLC合攏端面線）及A-B方向中線上的LTD離軸曲線；隨后將MLC形成與鉛門一致的15 cm×15 cm射野，其他測量條件不變，獲取上述各方向開野劑量離軸曲線，并由LTR定義式換算出各方向離軸LTR曲線。用同樣方法可獲取1.5 cm深度下15 MV光子線上述各方向離軸LTR曲線。

1.6 臨床測試計劃影響研究

選取10例全腦病例，處方為PTV接受3000 cGy/10次劑量，覆蓋要求PTV內(nèi)95%處方劑量（2850 cGy）的體積不少于95%。每例病例分別用Varian Eclipse TPS計劃系統(tǒng)設(shè)計3個3D-CRT計劃Plan_A、Plan_B及Plan_C，射線能量均為6 MV。其中Plan_A的射野僅采用中間的小葉片MLC遮擋保護(hù)眼球（Eyes）和晶體（Lens），Plan_B僅采用兩側(cè)大葉片遮擋保護(hù)，而Plan_C采用鉛門加MLC遮擋保護(hù)，其射野BEV，見圖2。比較3個計劃的PTV覆蓋和OAR器官的受量。

1.7 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 22.0統(tǒng)計學(xué)軟件對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行配對t檢驗，認(rèn)為P＜0.05差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖2 Plan_A、Plan_B、Plan_C的射野BEV圖

2 結(jié)果

2.1 LTR測量結(jié)果

不同能量射線下固體水中LTR測量結(jié)果，見表1。MLC閉合射野內(nèi)G-T方向距離中線2.5 cm線、G-T方向中線及A-B方向中線上的LTD離軸曲線，分別見圖3～5。

表1 不同能量光子線漏透射率（%）

圖3 閉合射野內(nèi)G-T方向距離中線2.5cm線離軸LTR曲線

圖4 閉合射野內(nèi)G-T方向中線離軸LTR曲線

由LTR測量結(jié)果可知，Varian Novalis TX直線加速器HD120 MLC非端面處葉片內(nèi)透射率為0.9%～1.4%，葉片間漏射為1.3%～1.9%，而端面處漏射率可達(dá)25%～35%，且15 MV光子線的透射率較6 MV光子線略高，對臨床劑量學(xué)影響效果不容忽視。從離軸LTR曲線上也能看出，MLC合攏端面處漏透射明顯高于非端面處，但非端面處的漏透射率隨離軸變化并不明顯，中間與兩側(cè)的葉片LTR也無太大差別。

圖5 閉合射野內(nèi)A-B方向中線離軸LTR曲線

2.2 臨床測試計劃結(jié)果

經(jīng)測試，所有病例的3個計劃Plan_A、Plan_B、Plan_C劑量覆蓋上均能達(dá)到PTV內(nèi)95%處方劑量（2850 cGy）的體積不少于95%的臨床要求。其OAR器官受量統(tǒng)計結(jié)果，見表2。

由表2可知，MLC漏透射線可影響OAR劑量受量。在滿足靶區(qū)覆蓋要求前提下，由鉛門與MLC一起遮擋方式（Plan_C）對OAR保護(hù)效果最好，眼球（Eyes）和晶體（Lens）受量均最低，與其余兩種方式相比具有顯著性差異（P＜0.05）；僅由中間小葉片遮擋方式（Plan_A）或兩側(cè)大葉片遮擋方式（Plan_B）的保護(hù)效果較差，但該兩者間無顯著性差異（P＞0.05）。

3 討論

根據(jù)本文的測量結(jié)果，Varian Novalis TX醫(yī)用直線加速器HD120 MLC非端面處葉片內(nèi)透射率為0.9%～1.4%，葉片間漏射為1.3%～1.9%，在可接受要求范圍（10%）內(nèi)，端面處漏射率可達(dá)25%～35%，且15 MV光子線透射率較6 MV光子線略高，該漏透射對劑量學(xué)的影響效果是不容忽視的。據(jù)類似研究報道，張玉海等[7]測量Varian Millennium 120準(zhǔn)直器6 MV光子線葉片間透射率平均為1.42%，葉片端面漏射率平均為17.99%，與本文的結(jié)果略有差別。而Li等[8]測量Elekta Synergy直線加速器MLC非端面處葉片內(nèi)透射率為0.8%～1.1%，葉片間漏射率為1.7%～2.0%，端面處漏射率約為 26%～29% ；Lárraga-Gutiérrez等[3]關(guān)于不同檢測設(shè)備測量m3-mMLC（BrainLAB，Germany，中間葉片投影寬度3.0 mm）的結(jié)果葉片內(nèi)透射率約為0.9%～1.5%，葉片間漏射率為1.1%～2.1%，與本文結(jié)果均較為接近。

表2 Plan_A、Plan_B、Plan_C計劃OAR劑量受量比較（cGy）

Varian Novalis TX直線加速器配置的HD120 MLC，兩側(cè)各14對葉片投影至等中心寬度為0.5 mm，中間32對葉片投影寬度為0.25 mm，較兩側(cè)葉片小且縫隙數(shù)量多。已有文獻(xiàn)報道，小葉片可形成更為精細(xì)圓滑的射野邊緣，更好的適形于復(fù)雜靶區(qū)，體現(xiàn)HD MLC的優(yōu)勢所在[9]。而根據(jù)本文的LTR離軸測量結(jié)果，中間與兩側(cè)的葉片LTR并無太大差別，臨床測試計劃中對眼球和晶體的保護(hù)研究結(jié)果也驗證了兩者無顯著性差異（Plan_A νs. Plan_B，P＞0.05）。

需要注意到的是，HD120 MLC葉片端面采用弧形設(shè)計保證葉片運動過程中半影保持常數(shù)，但也因此導(dǎo)致端面處的漏透射線量增加，漏透射率較大（25%～35%）。在臨床測試計劃中發(fā)現(xiàn)，該因素會導(dǎo)致射野半影變寬，減緩射野周圍劑量下降梯度，明顯增加靶區(qū)邊緣附近的正常組織受量。García-Gardu?o 等[10]采用EBT膠片測量MLC漏透射及半影，結(jié)果顯示由MLC端面漏透射線導(dǎo)致的射野邊緣80%～20%劑量半影區(qū)寬度可達(dá)2.1～2.6 mm。對于需要用MLC遮擋保護(hù)的OAR組織，或在臨床靶區(qū)的PTV外擴(kuò)上，需要將該因素考慮進(jìn)去。

本文分別對6 MV和15 MV兩個能量檔光子線透射率進(jìn)行測量，由結(jié)果可知MLC葉片非端面透射率15 MV光子線較6 MV光子線高約0.4%，端面合攏處15 MV高約3.5%，原因為高能量射線較低能量射線穿透性強(qiáng)，且散射較少。Jabbari等[11]發(fā)現(xiàn)對于ONCOR直線加速器（德國西門子）的高能18 MV光子線與6 MV光子線相比，葉片內(nèi)透射與葉片間漏射均大0.2%左右；而Li等[8]對Elekta Synergy直線加速器MLC漏透射測量結(jié)果表明，高能光子線間（＞10 MV）MLC漏透射率無較大差別。臨床中會根據(jù)靶區(qū)據(jù)體表距離不同，選擇不同能量射線進(jìn)行計劃設(shè)計，但考慮高能射線的透射率較大，應(yīng)優(yōu)先選擇低能量射線以更好的保護(hù)靶區(qū)附近正常組織。

調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)（Intensity Modulated Radiating Therapy，IMRT）是目前腫瘤放射治療的重要技術(shù)，可獲得比傳統(tǒng)三維技術(shù)更優(yōu)良的靶區(qū)適形性和均勻劑量分布，并讓周圍正常組織得到更好的保護(hù)效果。然而相比于傳統(tǒng)三維計劃，IMRT需要更多的子野數(shù)和更高的MU跳數(shù)，因此必然引入更多的漏透射劑量[12]。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）是在IMRT基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型調(diào)強(qiáng)治療技術(shù)，通過加速器機(jī)架旋轉(zhuǎn)的過程中連續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)架角度、旋轉(zhuǎn)速度、MLC葉片形狀及劑量率等達(dá)到出束優(yōu)化目的。與IMRT相比，VMAT可明顯減少跳數(shù)及治療時間，并達(dá)到與IMRT近似或更優(yōu)的靶區(qū)劑量分布[13-14]。相同漏透射率的情況下，跳數(shù)的減少意味著更好的漏透射劑量控制。因此條件允許情況下，可優(yōu)先考慮VMAT技術(shù)進(jìn)行計劃設(shè)計。值得注意的是，本文使用的Eclipse 13.5版本計劃系統(tǒng)，VMAT計劃不支持鉛門跟隨技術(shù)，即在治療過程中鉛門大小保持不變[15-17]。據(jù)本文研究結(jié)果，由鉛門和MLC一起遮擋對射野外OAR保護(hù)效果最好（Plan_C），故在設(shè)計VMAT計劃時需將鉛門設(shè)置盡可能小，減少漏透射線對MLC射野外組織劑量受量影響。

4 結(jié)語

由于醫(yī)用直線加速器MLC結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點，在其射野外存在小部分射線穿過MLC形成漏透射劑量，對其進(jìn)行定量測量是MLC系統(tǒng)劑量學(xué)重要工作。本文采用電離室、劑量儀、水箱及固體水等對裝備HD120 MLC的Varian NovalisTx加速器不同能量下，MLC閉合射野內(nèi)不同位置和方向上漏透射特性進(jìn)行測量，并以10例全腦病例為臨床測試計劃，研究探討漏透射線對MLC射野外射線敏感OAR（晶體，眼球）劑量受量的影響。研究結(jié)果表明HD120 MLC漏透射線對劑量學(xué)影響不容忽視，能量選擇、鉛門位置大小、計劃跳數(shù)等都直接影響漏透射劑量，在計劃設(shè)計中應(yīng)將這些因素考慮進(jìn)去，在滿足靶區(qū)覆蓋要求的同時，實現(xiàn)對靶區(qū)周圍OAR更好的保護(hù)效果。