MLc(多葉電動光柵)動態(tài)調(diào)強(qiáng)葉片的運(yùn)動模型
多葉準(zhǔn)直器(MLc)原本為替代傳統(tǒng)放射治療中的固定擋塊而設(shè)計(jì)的，由于其在動態(tài)照射野方面靈活方便，功能強(qiáng)，在大照射野治療機(jī)上成為實(shí)施IMRT技術(shù)有力工具。
MLc一般由20～120對葉片組成，每個(gè)葉片在等中心(治療機(jī)參考中心點(diǎn))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(dá)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(yùn)動，其運(yùn)動方向與射線束軸線方向垂直，每個(gè)葉片可以獨(dú)立運(yùn)動。準(zhǔn)直器葉片的大小、片數(shù)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(jì)劃系統(tǒng)(TPs)輸出MLc各葉片的位置、運(yùn)動速度等參數(shù)信息。這樣通過調(diào)節(jié)各照射野的形狀和照射時(shí)間，實(shí)現(xiàn)IMTR治療。氣動的MLc的基本結(jié)構(gòu)原理如圖8—1所示。圖中，氣動閥門由計(jì)算機(jī)控制其開度、通過氣缸活塞運(yùn)動帶動相應(yīng)葉片運(yùn)動。每個(gè)葉片運(yùn)動的位置、速度、加速度變量的大小和方向均由計(jì)算機(jī)輸出的控制信號給出。這樣，各個(gè)葉片不同的運(yùn)動狀態(tài)，拼接出與腫瘤投影適形的不規(guī)則射野，達(dá)到IMRT方式的調(diào)強(qiáng)治療。
MLc的適形調(diào)強(qiáng)方式主要有MLc靜態(tài)調(diào)強(qiáng)、動態(tài)調(diào)強(qiáng)和旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)。動態(tài)調(diào)強(qiáng)又分為動態(tài)葉片調(diào)強(qiáng)和動態(tài)掃描調(diào)強(qiáng)。
1．MLc靜態(tài)調(diào)強(qiáng)所謂靜態(tài)調(diào)強(qiáng)是指將射野要求的強(qiáng)度分布進(jìn)行分級，利用MLc形成多個(gè)子野進(jìn)行分步照射。每個(gè)子野照射完后關(guān)閉射線，MLc調(diào)到另一個(gè)子野，繼續(xù)進(jìn)行照射，如此往復(fù)，直至所有子野照射完畢。所有子野的強(qiáng)度相疊加，形成所要求的劑量分布。具體實(shí)現(xiàn)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(shù)字強(qiáng)度分布沿葉片方向進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成如圖8—2a所示的一維連續(xù)強(qiáng)度分布。每對葉片對應(yīng)一個(gè)強(qiáng)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(qiáng)度分布。
(2)劑量強(qiáng)度分級。選擇適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度間隔，對一維強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度分級，對于強(qiáng)度等級為M的點(diǎn)，其實(shí)際照射強(qiáng)度，為其中△Ii為第i級強(qiáng)度間隔。強(qiáng)度間隔的大小決定了劑量分布的精確度。
(3)根據(jù)強(qiáng)度分級，將一維連續(xù)強(qiáng)度分布變成數(shù)字階梯式強(qiáng)度分布，如圖8—2a所示。
(4)確定該對葉片位置的坐標(biāo)序列。求出每一個(gè)強(qiáng)度等級和數(shù)字階梯式強(qiáng)度分布的交點(diǎn)，這些交點(diǎn)的橫坐標(biāo)就是該強(qiáng)度等級下此對葉片的坐標(biāo)，記為{XL(i，j)，xR(i，j)}，其中i=1，2，3，…，N，N為葉片的總對數(shù)，i=1，2，3，…，M，M為強(qiáng)度等級。
舉例如圖8—2b所示，第1對葉片的第1強(qiáng)度等級的坐標(biāo)為{xL(1，1)，XR(1，1)}。
(5)每對葉片重復(fù)上述過程，得到不同程度等級下各對葉片的坐標(biāo)，它們合成在一起，形成了M個(gè)子野。
MLc靜態(tài)調(diào)強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)是控制簡單，只需控制葉片的位置，不需控制速度，可調(diào)制成任意階梯形的劑量分布。但由于頻繁開關(guān)射線，對治療機(jī)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(tài)葉片調(diào)強(qiáng)所謂MLc動態(tài)葉片調(diào)強(qiáng)是指按選定的速度，控制兩個(gè)葉片的相對位置和停留時(shí)間，可以得到所要求的空間劑量分布。其特點(diǎn)是，在葉片運(yùn)動過程中，射線束一直照射不關(guān)斷，一對相對葉片總是向一個(gè)方向運(yùn)動，控制兩個(gè)葉片的相對位置和停留時(shí)間，就可以得到該位置處的輸出強(qiáng)度。所以，應(yīng)該首先研究葉片的運(yùn)動規(guī)律。
如果照射束的能量是均勻的，而且在照射過程中不發(fā)生變化，這時(shí)可以不考慮射源波動的影響。在實(shí)施動態(tài)葉片調(diào)強(qiáng)技術(shù)時(shí)，一對葉片總是向一個(gè)方向運(yùn)動。設(shè)葉片的運(yùn)動方向?yàn)樯w軸與射線束軸線方向垂直。在兩個(gè)運(yùn)動著的葉片中，有一片稱為引導(dǎo)片，率先運(yùn)動到一個(gè)位置；而另一片稱為跟隨片，按選定的速度運(yùn)動。控制兩個(gè)葉片的相對位置和停留時(shí)間，就可以得到所要求的輸出強(qiáng)度J(x)。
現(xiàn)設(shè)引導(dǎo)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(shí)間分別為t1(x)和t2(x)，則在位置x處的強(qiáng)度I(x)為它們的時(shí)間差。
式中，dx／dt是葉片的運(yùn)動速度；dI/dt是加速器的輸出劑量率，在動態(tài)葉片技術(shù)中一般假定為常量；dI／dx是所需射線強(qiáng)度隨位置x的變化率。
由式(8—3)可見，強(qiáng)度隨位置的變化率dI／dx越大則要求葉片的運(yùn)動速度越慢，實(shí)現(xiàn)起來也比較容易。變化率dI／dx越小，葉片運(yùn)動速度越快，實(shí)現(xiàn)起來較困難。因?yàn)閷?qiáng)度變化率較小的區(qū)域，葉片運(yùn)動速度必須很快，而這往往受到葉片運(yùn)動****速度的限制。
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