MLC的临床应用Word文档下载推荐.docx
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射野输出因子,即单位射野(10X10cm2)的跳数,两者之间的差别也在1%之内。
剂量分布是通过扫描两维平面上不同深度的二极管测得,射线半影用下列公式计算得出:
P80/20=(W20-W80)/2
P90/10=(W10-W90)/2
W为不同深度下的射野宽度。
随着深度及射线能量的增加半影也会相应地增加,MLC的半影略大于传统准直器。
但某些情况下也有一些例外。
射野内实际剂量分布是通过置于最大剂量点以及10cm深度处垂直于射线中心线束的胶片测得。
MLC射野50%等剂量曲线呈不规则阶梯状,而10%及90%等剂量曲线梯度则较陡。
Galvin(1993)等也测量了Varian的MLC。
该叶片结构为单聚焦式,叶片两侧呈双阶梯状以减少漏射线,叶片长度16cm,两组叶片间距离不能大于16cm,否则就有缝隙,叶片的连锁结构可防止这种情况的发生。
Galvin等用溴化银胶片测量剂量,溴化银对光子能量的变化很敏感。
众所周知,射野内主要是原射线和散射线,而射野外则主要是散射线。
与溴化银胶片相比,LiFTLD及射线硬度计对放射线的敏感性要低的多。
在比较三种方法的测量结果之前,主要是用溴化银胶片的非线性剂量反应和射线硬度计的线性剂量反应来校对测量结果。
在叶片运动方向上,不同能量的射线和不同深度的半影宽度与叶片在射野内相对于中线的位置有关。
拍摄45度和15度MIC边缘的胶片并描绘出正弦等剂量曲线。
三维治疗计划系统用重叠积分方法计算等级量分布1mm。
简单剂量计算模型只能计算粗略的结果。
实际上,我们常常根据PTV的形状来确定MLC叶片的位置。
开野的射线漏射率为1.5%,叶片间的漏射率受测量方法的影响约为0.25%~0.75%或更多,总的漏射线不会超过3%,要比挡铅块少1%或更多。
由于叶片末端不是精确的在50%的等剂量曲线上,故射野与射野的衔接处可能会产生冷点或热点。
这可能会成为设置调强射野的问题,但通过缩野技术可较好地解决这个问题。
Ihnen发现Varian多叶光栅2×
2cm2到25×
25cm2方野的输出因子为0.829-1.033。
Varian公司生产的另一种40对叶片MLC,其叶片运动方向与其下方X轴方向上的准直器一致。
叶片及叶片间的漏射率小于4%,运行速度为1.5cm/秒。
MLC叶片在各个轴都要经过相对较长时间的运算以确保叶片位置的精确性。
Philips公司生产的MLC叶片在Y轴方向上运行,直线加速器在X、Y轴上分别备有7cm及3cm厚准直器。
X轴的准直器厚一些主要是因为MLC本身不能完全关闭,该准直器可防止射线的漏射。
而Y轴准直器可减少MLC运动时叶片间的漏射。
叶片间最大漏射量4.1%,平均1.8%,而通过不全关闭的叶片则达51%。
说明漏射线主要是通过不全关闭的叶片,但经过X准直器阻挡后可降为0.3%。
同样叶片间的漏射率可降为0.4%。
Huq等人对经过改进的SL25直线加速器上的MLC进行了检测。
发现6MVX射线的漏射率分别为:
叶片间平均2.5%,X准直器0.9%,Y准直器8%;
而叶片加Y准直器则为0.25%,加X准直器为0.10%,同时加X、Y准直器为0.05%。
为检验重量对叶片间隙的影响,需测量不同机架角叶片位置的重复性。
ElektaMLC叶片的位置可以通过TV系统检测,其RMS误差基本小于0.5mm,没有超过0.75mm。
MLC的半影非常复杂,尽管可以根据其形状进行简单的几何计算,但正确的评价方法仍为实际测量,因为实际测量可包含点的大小、散射线以及电子在组织中的输运等因素的影响。
叶片尖端与射野边缘的夹角、叶片尖端共线时后备准直器是否到位都是影响半影的因素。
当叶片偏置于中轴,且每副叶片均达到末端,不管叶片位置相对于中线是否对称,理论上讲其几何半影是相同的。
Mohan认为任何单聚式圆形末端的MLC构成的射野边缘都不是直线,都需要作相应的矫正。
并认为叶片偏离中轴20cm时造成的误差约为5mm。
Huq等人测量了不同情况下的射线半影(P80/20和P90/10)。
对于8×
8cm射野(X边缘用X轴光阑,Y轴边缘采用MLC联合X光阑),对于不同的射野,由于散射线的增加,6MVX线最大深度剂量处的半影(P80/20)为5.5-6mm,10cm深度则为6.5-8mm。
离中心轴最远处射野的半影较小(最大1.5mm)。
这说明了叶片形状的作用,叶片上部的形状决定射野外缘的半影,而下部形状决定内缘的半影。
他们发现当MLC叶片放置在射野Y轴方向上1-2mm时,半影区增加。
半影测量非常重要,因为半影会影响不规则照射野的设定。
作者还比较了单用MLC、MLC加准直器和单用铅挡块的情况下20×
20cm野的半影,发现单用MLC的半影要大于后两者(P90/10增加约1cm),而后两者的半影基本相同。
如上所述,制造商们通过叶片的梯状和齿状结构来减少射线的漏射。
叶片的梯度很小(通常是1mm),固定野照射时可以忽略不计,但是当用MLC实现调强放疗或靶区内挡块时问题就很明显,叶片的衔接部位剂量要降低。
VanSantvoort认为相对叶片的同时移动可以减少这一问题。
除了上述公司的MLC,GE公司最近推出了一种新型的MLC。
MLC为双聚焦式,由两组32个叶片组成,叶片高10cm,宽12.5mm,运行速度2cm/秒,过中线运行距离达10cm,放射野可达40×
40cm2。
叶片末端弯曲设计可使叶片间的射线漏射率小于1%,通过叶片的漏射小于0.5%。
该MLC主要用于Saturne系列加速器,它取代了固定的低位x-y准直器而直接安放于加速器机头上。
该MLC可以编程设计不规则形状的照射野,其软件和硬件均可使其执行动态治疗。
叶片的前端和准直器都是圆形,其半影要比单用准直器宽2-3mm,每个叶片都由独立的马达控制,两个检测器来检查验证叶片位置。
叶片的位置精度可达1mm。
该MLC的另一特点是可以通过Saturne的垂直手控杆进行操作。
(一)MLC是否能够替代铅挡块
LoSasso等人比较了在固定野适形放疗时MLC与挡块效果是否相同。
他们评价了两者的三维剂量分布、DVH、TCP以及NTCP。
TCP采用Goitein法计算得出。
MLC的研究基于MM50治疗系统。
该MLC为双聚焦式,共有32对叶片,叶片宽1.25cm,等中心距离为100cm,最大射野可达30×
应用胶片计测量最大剂量深度和10cm深度处的半影区。
其有效半影区间根据不同的深度和射线强度比挡块要大3-5mm。
同时还受到照射野边缘每天变化的影响。
常规开野治疗用MLC和相同厚度的挡块是一样的。
临床上问题在三维适形治疗前列腺癌和鼻咽癌方面作了大量工作。
应用MSKCC计划系统计算三维剂量分布要考虑到次级射线的贡献及病人体位移动等不确定性因素。
然而,临床上增加照射野数量以及考虑到各种不确定性因素会使MLC和挡块的区别缩小,增加1cmPTV边缘的结果是两者的DVH、TCP和NTCP实际上完全相同。
Frazier等人也发现每天的随机摆位误差使得两者之间无太大差别。
Webb研究了MLC叶片的边缘线与计划射野之间的距离(Xc)对TCP的影响。
发现Xc的距离与TCP相关,因此计算TCP时应将Xc所产生的半影考虑进去。
在ElektaMLC的临床应用中,PTV设计的边缘为7mm才能确保MLC与挡块的效果相当。
Burman等人则发现用MLC治疗靠近脊髓、脑干、视交叉等重要器官的肿瘤时,有必要加用辅助物理挡块。
这与上述研究结果一致。
Frouhar等人也研究了叶片半影对三维剂量分布的影响和MLC叶片扇形缺损的影响模型。
Welch和Davy的结论是MLC可有效替代铅挡块。
Fernandez等也对MLC替代铅挡块进行了详细的研究。
他们用605张模拟片检查验证发现37%的照射野需要加铅挡块,而只有5.5%的射野用MLC替代铅挡块达不到理想效果。
可能的原因有
(1)对于脊髓组织一个叶片太小,而两个则过大;
(2)采用多个不对称野,野与野之间的衔接又是一个潜在的问题;
(3)叶片在与楔形板平行的Y轴方向上的运行距离有限。
由于叶片设计通常是长度要大于宽度,解决的办法可以将叶片沿PTV较小的方向上放置,这样叶片的运动就可以沿楔形板方向。
同时,通过两个不对称的射野,MLC可以很容易的实现射野内挡块。
约有5%的照射野用Varian的MLC不能实现,因为射野要大于26×
而8%的病人因为MLC形成射野的大小有限,故需要移动中心才能获得满意的挡块效果。
从MLC替代94%物理挡块和其生物学优势来看,MLC已基本可以替代物理挡块。
Fernandez等人认为MLC可以更好地保护正常组织。
他们分析了43例病人,临床医生在模拟定位片上勾画靶区(PTV),外放6mm作为MLC50%等剂量曲线的位置,分别用MLC和常规方法制定放疗计划。
VariansMLC替代挡铅块可以有效的减少准备时间。
另一项研究对比分析了MLC适形放疗和常规铅挡块治疗不同部位的头颈部肿瘤,结果均能达到保护正常组织的目的。
二、MLC的临床应用
(一)根据BEV放置叶片
最初应用MLC时有很多问题,如叶片如何精确合理的放置于代表PTV或加了一定边缘的PTV的连续轮廓上。
Brahme认为当叶片设置沿PTV最大半径方向上时,可以使多余受照射的部分最小。
Zhu等人认为叶片的轮廓线应呈45度并定义了几种方式:
1.主导叶片角与轮廓线吻合;
2.尾随叶片角与轮廓线相吻合;
3.射野边缘位于叶片顶端的中心;
4.叶片向射野内伸出一定的距离。
(二)临床应用MLC的优势
MLC的一个重要优势是效率高。
有人对MLC和常规挡块作了对比研究。
如应用狗腿野治疗精原细胞瘤,治疗前设定MLC的时间要长于常规挡块的时间,然而治疗时MLC可节约19%~48%的时间。
而对于盆腔适形照射,实施治疗前制作挡块的平均时间是2小时7分钟,固定到模板上的时间是38分钟,物理师制定计划时间为2.5小时;
而设计一个MLC适形计划仅需要1小时37分钟,比常规挡块要节约3小时39分钟。
治疗过程则可节省6%~44%的时间。
除了节省时间外,MLC还有如下优点:
(1)不需要挡块制作车间,提高工作效率;
(2)不需要储存挡块的空间;
(3)避免挡块脱落所致的意外事件等。
当采用多野照射,比如多野非共面照射,每个野的源瘤距不同,因此治疗床的高度和位置要依次改变以避免因机头旋转导致的碰撞,此时MLC的优势尤其明显,应用MLC可以节省很多时间。
虽然MLC在制定计划和实施治疗方面可节约时间,但同时也增加了其他方面工作量如质量保证、机器维护等。
三、MLC的临床应用
(一)应用MLC设定多野适形放疗
Powlis等人认为提高肿瘤局部控制率可以减少远处转移是适形放疗的理由。
他们使用Varian公司生产的MLC(26对叶片,叶片宽1cm,运动距离16cm,最大野面积可达26×
40cm2)。
制定照射野时,MLC叶片顶端的中心与常规挡块的轮廓相吻合。
同时记录常规挡块与MLC射野的射野影像。
用Loasso定义的方法计算有效半影发现MLC的半影较常规挡块要大4.7mm左右(6MV)。
应用TARGET和卷积算法计算剂量,DVH显示增加射野的数量有明显的优点,而MLC可以很容易实现多野照射。
(二)共面与非共面照射
Aoki等人对比了7个、17个共面和5个非共面照射的TCP及NTCP,其TCP结果分别为0.21、0.64和0.67,NTCP分别为0.02、0.06和0.04。
可见三种治疗方法的NTCP无明显差别,而非共面照射射野数量虽少但TCP明显提高。
尽管这一结果是由特殊病例得出,但可以认为MLC非共面照射可以在射野数相对少的情况下满足临床要求。
(三)MLC在立体定向适形放疗中的应用
德国肿瘤研究中心(DKFZ)的脑部立体定向放疗设备包括1.可以重复使用的热塑面膜,带有标志杆的定位架,该标志杆可在CT、MRI、PET等图像上显示并可用来制定治疗计划,也可用来作为立体定向的参照;
2.VOXELPLAN三维计划系统;
3.电脑控制的MLC。
病人用热塑面膜固定后,安装定位框架,CT或MRI定位。
用TOMAS分割图像,VOXELPLAN制定放射治疗计划,最多可由15个非共面射野。
Debus等报道对于不规则肿瘤,11~14个MLC射野的剂量分布要比多个弧形野更均匀。
M.D.Anderson肿瘤中心也有一种用于立体放疗的MLC。
该MLC有27对4mm厚钨金叶片,最大野为6×
6cm2,叶片运动速度每秒10.5mm,沿中轴运动距离30mm,叶片位置可精确到0.02mm。
Shiu等人也认为微型MLC所产生的剂量分布明显要比圆形准直器多野拉弧照射合理。
(四)正常组织保护
在80年代后期和90年代初期,很多医疗单位开展了基于直线加速器的多野非共面拉弧立体定向适形放射治疗。
该技术作为伽玛刀治疗微小球形病灶的替代产品已被广泛接受。
同时人们还致力于研究用少数MLC非共面野治疗非球形病灶。
Laing估计随靶区形状(球形到椭圆)和大小的变化,受到靶区同样剂量的正常脑组织体积可增加到20%、50%和80%。
对于球形病灶,4条弧的旋转照射就可使非靶区的组织剂量降至最低。
随着靶区变扁的程度和体积增加,需要更多的照射野才能使正常组织受照的体积减少。
该研究是基于德国癌症研究中心的VOXELPLAN三维计划系统,但可用于其他系统的DVH和NTCP的计算。
(五)立体定向适形放疗保护正常组织的理论研究
多年来立体定向放射治疗仅仅限于应用伽玛刀治疗某些特殊的疾病。
到20世纪80年代世界上的一些研究机构才开始圆形准直器进行多野拉弧照射治疗脑部肿瘤。
各个中心的区别主要是弧的数量和位置,但都是以单一的等中心点来设定球形高剂量区域。
非球形高剂量区可采用多个等中心点获得,但靶区内剂量分布很不均匀。
Leavitt等发明了一种新的动态准直器用于立体定向多角度放射治疗,除了上述的圆形准直器外,还有四个可以独立运行和旋转的挡块,能够形成各种形状特殊的照射野。
该方法在加速器拉弧过程中照射野的几何形状根据计划靶区的形状进行不断的重复校正,四个独立的挡块与圆形准直器可构成各种形状组合。
Nedzi等详细评价了这一辅助结构的优点,并列出了五种方法:
1.常规圆形准直器;
2.Leavitt设计的动态准直器;
3.圆形照射野内两条平行挡块;
4.四个挡块形成矩形或方形照射野;
5.一圆形理想MLC。
这不是真正的MLC但可以与PTV相结合形成相应理想的照射野形状。
他们对43例颅内肿瘤患者进行了研究。
每个患者用上述五种方法和实际计划方法分别制定6个不同的治疗计划。
每个计划的过程如下:
1.SMART被分成多个弧,每个弧可看作是一系列相隔10度的固定照射野;
2.在每个假定方向上的靶区形状和体积用准直器调节而成;
3.采用优化函数的方法将挡块定位于最佳位置。
这一步骤非常重要,因为有很多种设定准直器的方法。
比如,最初的参数是根据等中心点的最大范围选择制定;
而采用两个平行挡块则选择平行放置于最大方向上;
对于四条挡块则选择最大层面的对角线来放置。
最终挡块的放置是根据Levenberg-Marquart计算方法制定;
4.不规则形状的照射野被分为36个10度的角状扇面。
每个扇面内的点剂量与相同直径的圆形野的点剂量近似。
病人每一点的总剂量是所有弧剂量贡献的总合;
5.计算PTV和正常脑组织的DVHs。
研究发现:
1.以上五种方法都可形成均匀的靶区剂量,但实际上与用两个等中心点形成的非均匀剂量分布无明显差别。
2.实际计划与用两个挡块法相比,正常组织100%剂量线以内的DVH非常相近,但有很小的体积达到140%。
;
3.小于100%剂量的治疗体积减小顺序依次为:
圆形、矩形、四个独立挡块、两个平行挡块、理想的MLC。
Nedzi等定义了治疗体积比(TVR):
TVR=PTV/TrV
TrV为治疗体积,即受到靶区内最小剂量照射的组织体积。
一个理想的计划,其TVR=1。
PTV和正常组织对TrV都有影响,其计算方式为:
TrV=VPTV+VOAR
VPTV和VOAR分别表示受到最小靶区剂量照射的PTV和正常组织体积,可以从DVH图得出。
用上述几种方法计算43例病人的平均TVR,其数值分别为:
0.37(采用一个等中心点的实际计划)、0.37(圆形准直器)、0.44(两个平行挡块)、0.46(矩形挡块)、0.49(四个挡块)、0.55(理想MLC)和0.36(采用多个等中心点的实际计划)。
由此可以认为用这些特殊的准直器比单纯用圆形准直器的结果要好。
对于非常不规则的肿瘤往往需要两个等中心点,应用Leavitt技术,TVR可提高50%而同时也提高了靶区剂量的均匀性。
然而,Nedzi等没有将其数据根据肿瘤的形状进行分层,这样在临床应用时必须对每个病人都要进行单独评价。
另外还必须要明确受照射的正常脑组织的体积及其具体位置和可能导致的放疗并发症。
还有某些形状的肿瘤可以用少数的固定照射野实现剂量适形,他们没有做这方面的研究而仅局限于各种动态治疗方法。
(六)MLC的计算机控制和影像学界面
大多数制造商都设计了控制MLC的直接方法,但都不能在计划时自动设计照射野。
对于手动MLC,需要在制定计划时的同时制造一块与射野形状一致的模块,然后根据模块放置MLC的叶片。
另外一些研究中心开发了数字模拟图像技术。
Kahler等人将数字化用于图像存档和传输系统(PACS),通过建立一个计算机文件来控制叶片并自动放置叶片的位置。
其他一些研究人员也尝试了很多方法。
如Crockford等用IGETARGET计划系统设置MLC位置并传输到Elekta直线加速器。
Elekta公司自身也有一套控制软件(MultileafPreparation),Ramm及Thilmann等曾成功的应用该软件将叶片控制在理想的位置。
Yu等人描述了靶区勾画、BEV计算、准直器角度优化、计算机控制叶片等一系列的控制措施。
Boyer认为该方法的传输和控制不是标准的信息传输。
他们强调Michigan大学采用的计算机控制的放射治疗是更高级的方式,放射治疗的所有步骤之间的信息传输必须是整体、可信和经过验证的。
他们MM50治疗机的MLC控制就是整体性的。
(七)叶片位置的验证
随着MLC临床应用的推广,叶片位置的验证成为极其重要的问题之一。
目前的验证方式主要是用TV、观测叶片末端的反射图像、电位计及射野影像系统等。
射野影像系统是一套相对独立的位置验证系统。
为确定计划的执行与否,要求验证治疗射野和计划射野是否一致的时间越短越好。
Zhou和Verhey发展了这一技术。
从射野影像系统提取射野的边缘的方法,去除不真实、错误的边缘线,还要考虑到相互平行或垂直的射野边缘线造成的假象。
调整后校准照射野和处方野,找到其最佳传送、旋转和排列方式。
156×
256×
12位数的图像校准到工作站仅需3秒钟。
Purdy等也强调MLC质量控制的重要性,他们指出电子射野影像是一个很重要的环节,记录和验证系统是应用MLC最基本的要求,对于电子系统控制的MLC,高水平的数据安全和保障是非常必要的。
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