MLc(多葉電動光柵)動態調強葉片的運動模型

    多葉準直器(MLc)原本為替代傳統放射治療中的固定擋塊而設計的，由于其在動態照射野方面靈活方便，功能強，在大照射野治療機上成為實施IMRT技術有力工具。

    MLc一般由20～120對葉片組成，每個葉片在等中心(治療機參考中心點)平面上的投影寬度約為1．O或1．2cm，微型的MLc的投影寬度可達1．66mm；各組葉片相向排列，安裝于托架上，葉片可以在托架上運動，其運動方向與射線束軸線方向垂直，每個葉片可以獨立運動。準直器葉片的大小、片數和位置決定了照射野的大小和形狀近似的精確程度。治療計劃系統(TPs)輸出MLc各葉片的位置、運動速度等參數信息。這樣通過調節各照射野的形狀和照射時間，實現IMTR治療。氣動的MLc的基本結構原理如圖8—1所示。圖中，氣動閥門由計算機控制其開度、通過氣缸活塞運動帶動相應葉片運動。每個葉片運動的位置、速度、加速度變量的大小和方向均由計算機輸出的控制信號給出。這樣，各個葉片不同的運動狀態，拼接出與腫瘤投影適形的不規則射野，達到IMRT方式的調強治療。

    MLc的適形調強方式主要有MLc靜態調強、動態調強和旋轉調強。動態調強又分為動態葉片調強和動態掃描調強。

    1．MLc靜態調強所謂靜態調強是指將射野要求的強度分布進行分級，利用MLc形成多個子野進行分步照射。每個子野照射完后關閉射線，MLc調到另一個子野，繼續進行照射，如此往復，直至所有子野照射完畢。所有子野的強度相疊加，形成所要求的劑量分布。具體實現過程如下所示。

    (1)單對葉片控制的劑量分布。將TPs輸出的二維數字強度分布沿葉片方向進行轉換，形成如圖8—2a所示的一維連續強度分布。每對葉片對應一個強度分布圖，由該葉片控制和形成該位置的劑量分布。如圖8—2a所示的圖形即為第一對葉片控制的強度分布。

    (2)劑量強度分級。選擇適當的強度間隔，對一維強度進行強度分級，對于強度等級為M的點，其實際照射強度，為其中△Ii為第i級強度間隔。強度間隔的大小決定了劑量分布的精確度。

    (3)根據強度分級，將一維連續強度分布變成數字階梯式強度分布，如圖8—2a所示。

    (4)確定該對葉片位置的坐標序列。求出每一個強度等級和數字階梯式強度分布的交點，這些交點的橫坐標就是該強度等級下此對葉片的坐標，記為{XL(i，j)，xR(i，j)}，其中i=1，2，3，…，N，N為葉片的總對數，i=1，2，3，…，M，M為強度等級。

    舉例如圖8—2b所示，第1對葉片的第1強度等級的坐標為{xL(1，1)，XR(1，1)}。

    (5)每對葉片重復上述過程，得到不同程度等級下各對葉片的坐標，它們合成在一起，形成了M個子野。

    MLc靜態調強的優點是控制簡單，只需控制葉片的位置，不需控制速度，可調制成任意階梯形的劑量分布。但由于頻繁開關射線，對治療機損耗較大，射束利用率低，效率低。此外，由于劑量分布為階梯式變化，劑量空間分辨率較低。

    2．MLc動態葉片調強所謂MLc動態葉片調強是指按選定的速度，控制兩個葉片的相對位置和停留時間，可以得到所要求的空間劑量分布。其特點是，在葉片運動過程中，射線束一直照射不關斷，一對相對葉片總是向一個方向運動，控制兩個葉片的相對位置和停留時間，就可以得到該位置處的輸出強度。所以，應該首先研究葉片的運動規律。

    如果照射束的能量是均勻的，而且在照射過程中不發生變化，這時可以不考慮射源波動的影響。在實施動態葉片調強技術時，一對葉片總是向一個方向運動。設葉片的運動方向為蓋軸與射線束軸線方向垂直。在兩個運動著的葉片中，有一片稱為引導片，率先運動到一個位置；而另一片稱為跟隨片，按選定的速度運動。控制兩個葉片的相對位置和停留時間，就可以得到所要求的輸出強度J(x)。

    現設引導片的編號為2，跟隨片的編號為1，它們在某x處的位置上停留時間分別為t1(x)和t2(x)，則在位置x處的強度I(x)為它們的時間差。

    式中，dx／dt是葉片的運動速度；dI/dt是加速器的輸出劑量率，在動態葉片技術中一般假定為常量；dI／dx是所需射線強度隨位置x的變化率。

    由式(8—3)可見，強度隨位置的變化率dI／dx越大則要求葉片的運動速度越慢，實現起來也比較容易。變化率dI／dx越小，葉片運動速度越快，實現起來較困難。因為對強度變化率較小的區域，葉片運動速度必須很快，而這往往受到葉片運動****速度的限制。