熊綺麗 石 勇 徐 剛 顧 強(qiáng)

1（上海大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 上海 200444）

2（中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 嘉定園區(qū) 上海 201800）

3（中南大學(xué) 湘雅三醫(yī)院 長(zhǎng)沙 410013）

TrueBeam加速器多葉準(zhǔn)直器射野劑量學(xué)特性

熊綺麗1,2石 勇3徐 剛1顧 強(qiáng)2

1（上海大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 上海 200444）

2（中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 嘉定園區(qū) 上海 201800）

3（中南大學(xué) 湘雅三醫(yī)院 長(zhǎng)沙 410013）

醫(yī)用電子直線(xiàn)加速器未均整射束的劑量學(xué)特征和優(yōu)勢(shì)早已被證明，但是隨著三維適形和調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)的發(fā)展，臨床治療的射野(Field)主要是由多葉準(zhǔn)直器射野形成，而有關(guān)未均整射束的多葉準(zhǔn)直器射野劑量特征的研究很少。本文研究TrueBeam加速器6 MV-X未均整射束的多葉準(zhǔn)直器射野劑量特征。利用蒙特卡羅(Monte Carlo, MC)模擬和三維劑量掃描系統(tǒng)臨床測(cè)量，對(duì)比和分析射野離軸比曲線(xiàn)劑量特征。結(jié)果表明：蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量未均整射束下多葉準(zhǔn)直器葉片到位精度、X和Y方向的漏射量、射野半影、葉片間凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)射野劑量的影響大體一致。多葉準(zhǔn)直器形成不規(guī)則射野的幾何學(xué)、蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量的不符合度（MC或臨床測(cè)量50%等劑量曲線(xiàn)的面積與射野幾何面積的差值相對(duì)于射野實(shí)際面積的百分?jǐn)?shù)）分別為3.629%、3.262 6%和2.039 4%。圓形射野、具有凹凸邊界射野幾何學(xué)和蒙特卡羅模擬的不符合度分別為0.866 2%、0.879 4%和0.231 4%、0.817 0%。為未均整射束條件下多葉準(zhǔn)直器的臨床合理使用提供可靠的依據(jù)。

未均整射束，多葉準(zhǔn)直器，蒙特卡羅模擬，劑量特性，臨床測(cè)量

1 基于TrueBeam蒙特卡羅建模和臨床測(cè)量條件

1.1 120Millennium多葉準(zhǔn)直器模型

美國(guó)Varian公司制造的TrueBeam加速器是目前世界最先進(jìn)的集合全新技術(shù)設(shè)計(jì)的新一代直線(xiàn)加速器。TrueBeam擁有比其他直線(xiàn)加速器劑量投照速度最多快4倍的高強(qiáng)度模式即未均整射束模式。TrueBeam直線(xiàn)加速器的120Millennium MLC一共有120個(gè)葉片，左右兩邊各60片形成兩排對(duì)稱(chēng)葉片組，每一排內(nèi)部40片和外部20片投影到等中心平面的寬度分別是0.5 cm和1 cm[10]。葉片的高度必須使原射線(xiàn)的透射不超過(guò)原來(lái)強(qiáng)度的5%[11]，以代替常規(guī)射野擋塊，這同樣也決定了相鄰葉片的側(cè)面必須采用凹凸槽結(jié)構(gòu)。

OMEGA項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了EGSnrc軟件，而以EGSnrc為平臺(tái)的BEAMnrc中的DYNVMLC模塊可以完整描述120Millennium MLC的幾何屬性[12?13]。X射線(xiàn)靶位于Z=0 cm處，MLC的葉片由Full、Target、Isocenter三種葉片構(gòu)成，如圖1所示。外部20個(gè)葉片由Full葉片組成，內(nèi)部40個(gè)葉片由Target和Isocenter交替排列組成，MLC的所有參數(shù)都是根據(jù)TrueBeam的技術(shù)文檔設(shè)置。Target 葉片的上端在Z軸的位置ZMIN為47.5 cm，Isocenter 葉片的下端在Z軸的位置ZMAX為54.5 cm，葉片末端采用半圓形設(shè)計(jì)，半徑8 cm。設(shè)計(jì)了Tongue和Groove結(jié)構(gòu)阻止射線(xiàn)直接穿過(guò)相鄰葉片間隙產(chǎn)生漏射量，葉片沿著Support Railing滑動(dòng)，在軌道相反方向設(shè)計(jì)了一個(gè)小凸起結(jié)構(gòu)Leaf tip來(lái)補(bǔ)償軌道凹進(jìn)去所缺失的材料[14]。設(shè)計(jì)了Driving screw hole使葉片通過(guò)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺桿沿著X軸的方向運(yùn)動(dòng)形成不同的射野。為使摩擦力最小并允許葉片自由運(yùn)動(dòng)，分別在相鄰葉片間設(shè)置了小的空氣間隙，間隙寬度為0.0046 cm。為避免兩排葉片互相碰撞，完全閉合的一對(duì)葉片間存在0.1 cm的空隙，這種空隙和葉片的圓形末端就會(huì)導(dǎo)致關(guān)閉的葉片對(duì)之間產(chǎn)生漏射線(xiàn)[15]。葉片介質(zhì)選擇W700ICRU，空氣間隙和Driving screw hole的介質(zhì)選擇AIR700ICRU。

1.2 建立TrueBeam加速器模型

用BEAMnrc模擬TrueBeam直線(xiàn)加速器6 MV的光子束[16]，如圖2所示(cm)。采用Varian官網(wǎng)發(fā)布的次級(jí)準(zhǔn)直器上方的FFF粒子相空間文件。每一個(gè)模塊的參數(shù)都是根據(jù)TrueBeam直線(xiàn)加速器技術(shù)文檔設(shè)置。為減少蒙特卡羅統(tǒng)計(jì)的不確定性，采用了一系列的減少方差技術(shù)，例如設(shè)置電子截?cái)嗄芰縀CUT=0.7 MeV，光子截?cái)嗄芰縋CUT=0.01 MeV等[17]。BEAMnrc的模擬結(jié)果是得到源皮距SSD=100cm處的粒子相空間文件，它作為DOSXYZnrc輸入文件，DOSXYZnrc把相空間文件中記錄的粒子信息轉(zhuǎn)化為體模內(nèi)的劑量分布[18]。在BEAMnrc的模擬過(guò)程中使用的是10億個(gè)粒子，DOSXYZnrc的模擬過(guò)程中使用的是20億個(gè)粒子，水模體素大小是射野邊長(zhǎng)為1?10 cm的0.1 cm和射野邊長(zhǎng)為11?20 cm的0.25 cm。

圖1 組成多葉準(zhǔn)直器的三種葉片示意圖Fig.1 Schematic structure of three types of MLC.

圖2 BEAMnrc模擬TrueBeam直線(xiàn)加速治療頭Fig.2 BEAMnrc simulation TrueBeam linear.

1.3 臨床測(cè)量器材

臨床數(shù)據(jù)測(cè)量使用的是湖南省中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院腫瘤科PTW SCANLIFT三維劑量測(cè)量系統(tǒng)，

它由三維水箱、蓄水柜、劑量探頭、標(biāo)準(zhǔn)電子附件、運(yùn)動(dòng)控制盒、SCANLIFT手控盒、懸掛式操縱臺(tái)和TANDEM靜電計(jì)等部分組成，如圖3所示。水箱尺寸為73.4 cm×63.6 cm×52.3 cm，有效掃描范圍為60 cm×50 cm×40.8 cm，分辨率和到位精度為0.1 mm，水箱壁為2 cm 的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料制成。掃描用Semiflex電離室具有防水功能，型號(hào)31010，腔體積0.125 cm3，腔室內(nèi)半徑5.5 mm，腔壁材料是石墨。三維水箱的軟件MEPHYSTO-mc2可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行百分深度劑量、射野離軸比、總散射因子以及平面劑量等的掃描測(cè)量，并可以分析百分深度曲線(xiàn)的最大劑量點(diǎn)深度，射野離軸比曲線(xiàn)上50%等劑量曲線(xiàn)的寬度、半影、平坦度和對(duì)稱(chēng)性等。臨床測(cè)量的條件為SSD=100 cm，水下3 cm，劑量率為400 cGy·min?1。

2 結(jié)果與討論

2.1 FFF條件下MLC葉片到位精度驗(yàn)證

為研究MLC葉片到位精度，在BEAMnrc模擬和臨床測(cè)量過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)MLC的位置形成1cm×(1?20cm)×20cm的標(biāo)準(zhǔn)方野（由于探頭尺寸等原因臨床測(cè)量沒(méi)有測(cè)量1cm×1cm射野），獲得相對(duì)應(yīng)射野在源皮距SSD=100cm，水下3 cm處離軸比曲線(xiàn)。因?yàn)閯┝繉W(xué)意義上的照射野邊長(zhǎng)定義為射野離軸比曲線(xiàn)上50%劑量點(diǎn)間的距離[19]。分別比較模擬和臨床測(cè)量獲得的劑量學(xué)意義射野邊長(zhǎng)與標(biāo)準(zhǔn)射野邊長(zhǎng)的偏差。

圖3 整個(gè)測(cè)量裝置示意圖Fig.3 Photograph of the whole measuring apparatus.

圖4 是模擬和臨床測(cè)量獲得的劑量學(xué)意義射野邊長(zhǎng)與標(biāo)準(zhǔn)射野邊長(zhǎng)的對(duì)比，NP表示標(biāo)稱(chēng)葉片位置，NF表示標(biāo)準(zhǔn)射野邊長(zhǎng)，OF表示獲得的劑量學(xué)意義射野邊長(zhǎng)。由圖4可知模擬結(jié)果與測(cè)量結(jié)果取得了較好的一致性，模擬結(jié)果的偏差在0.0007?0.13cm，平均偏差0.0709cm，臨床測(cè)量結(jié)果的偏差在0.086?0.316cm，平均偏差0.2284cm。整體來(lái)講臨床測(cè)量的偏差值均大于模擬的偏差值。

圖4 MC模擬和臨床測(cè)量獲得射野邊長(zhǎng)和標(biāo)準(zhǔn)射野邊長(zhǎng)對(duì)比Fig.4 Comparison of the field size obtained by clinical measurement and nominal leaf position for simulation.

2.2 FFF條件下MLC漏射量驗(yàn)證

MLC漏射量即MLC全關(guān)閉時(shí)的穿射量與原射線(xiàn)量的比值。在BEAMnrc模擬和臨床測(cè)量過(guò)程中將次級(jí)準(zhǔn)直器射野設(shè)置為10 cm×10 cm，完全關(guān)閉MLC，獲得源皮距SSD=100 cm、水下3 cm處X軸方向上和距離Y軸3 cm處的吸收劑量，與§2.1中10 cm×10 cm射野的中心軸劑量相比，得到漏射劑量百分?jǐn)?shù)。通過(guò)比較X軸方向上的相對(duì)劑量分布曲線(xiàn)研究?jī)膳湃~片間的漏射量和比較距離Y軸3 cm處相對(duì)劑量分布曲線(xiàn)研究相鄰葉片間的漏射量。

圖5為當(dāng)所有葉片關(guān)閉時(shí)，兩排葉片之間的漏射量即在X軸上的相對(duì)劑量分布曲線(xiàn)，由于葉片間隙和螺旋驅(qū)動(dòng)孔的材料缺失，臨床測(cè)量過(guò)程的漏射量最大值是23.87%，蒙特卡羅模擬過(guò)程的漏射量最大值是22.698 4%，兩者相差1.171 6%[20]。圖6是葉片關(guān)閉時(shí)相鄰葉片間的漏射率即在距離Y軸3 cm處的相對(duì)劑量分布曲線(xiàn)，臨床測(cè)量過(guò)程的漏射量的平均值是0.685 7%，蒙特卡羅模擬過(guò)程漏射率平均值是0.571 2%，兩者相差0.114 5%。

圖5 MLC關(guān)閉時(shí)X軸處漏射線(xiàn)MC模擬和臨床測(cè)量結(jié)果Fig.5 Comparison of leakage profiles at the X axis closing MLC between the simulation and clinical measurement results.

圖6 離Y軸3 cm處漏射線(xiàn)的MC模擬和臨床測(cè)量結(jié)果Fig.6 Comparison of leakage profiles at 3 cm offset from the Y axis between the simulation and measurement results.

2.3 FFF條件下MLC射野半影驗(yàn)證

由于放射源幾何體積、準(zhǔn)直器漏射和側(cè)向散射的存在，射野邊緣存在物理半影區(qū)。射野半影區(qū)定義為射野離軸比曲線(xiàn)上80%劑量點(diǎn)到20%劑量點(diǎn)間的距離[21?22]。為研究MLC射野半影，利用在§2.1過(guò)程中獲得的離軸比曲線(xiàn)，分別計(jì)算20%?80%劑量點(diǎn)間的距離，再比較模擬和臨床測(cè)量FFF條件下多葉準(zhǔn)直器MLC的射野半影。

圖7是蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量FFF條件下MLC射野半影對(duì)比，Penumbra表示對(duì)應(yīng)射野半影。隨射野邊長(zhǎng)的增大，蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量FFF條件下MLC射野半影緩慢增加，但蒙特卡羅模擬的射野半影比臨床測(cè)量射野半影增長(zhǎng)得快。在射野邊長(zhǎng)小于11 cm時(shí)蒙特卡羅模擬的射野半影均小于臨床測(cè)量射野半影，射野邊長(zhǎng)大于11 cm時(shí)蒙特卡羅模擬的射野半影均大于臨床測(cè)量射野半影。

圖7 MC模擬和臨床測(cè)量的射野半影對(duì)比Fig.7 Comparison between the Field Penumbra of MC simulations and clinical measurements.

2.4 FFF條件下MLC葉片間凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)射野劑量的影響

為評(píng)估FFF條件下MLC葉片間凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)射野劑量的影響，通過(guò)蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量的方法，并利用MLC設(shè)計(jì)不規(guī)則照射野，如圖8所示。在5 cm×5 cm的射野范圍內(nèi)Y軸方向上從2.5 cm到?2.5 cm依次打開(kāi)兩片葉片再關(guān)閉兩片葉片形成不規(guī)則射野，對(duì)比蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量距離Y軸1.25 cm處的FFF條件下MLC形成射野的離軸劑量曲線(xiàn)。

圖8 MLC在5 cm×5 cm形成的三開(kāi)兩閉射野Fig.8 5 cm×5 cm irregular field generated by MLC.

圖9 中，蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量結(jié)果大體上一致，但是蒙特卡羅模擬結(jié)果在60%?100%相對(duì)劑量曲線(xiàn)的寬度略大于臨床測(cè)量結(jié)果。

圖9 離Y軸1.25 cm離軸劑量分布MC模擬和臨床測(cè)量結(jié)果Fig.9 Comparison of relative doses at 1.25 cm offset the Y axis in irregular field between the simulation and measurement results.

2.5 FFF條件下MLC不規(guī)則射野的符合度驗(yàn)證

MLC在臨床應(yīng)用中的一個(gè)缺陷是用它適形靶區(qū)時(shí)，形成的射野具臺(tái)階狀邊界，無(wú)法與期望的邊界光滑的靶區(qū)完全一致。也就是說(shuō)，用MLC適形靶區(qū)，總會(huì)存在欠擋區(qū)域和（或）過(guò)擋區(qū)域，所以對(duì)MLC射野劑量特征最關(guān)鍵的研究就是不規(guī)則射野的符合度。首先定義不符合度為蒙特卡羅模擬或臨床測(cè)量的50%等劑量曲線(xiàn)的面積與射野幾何面積偏差相對(duì)于射野實(shí)際面積的百分?jǐn)?shù)[23]。蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量過(guò)程中利用MLC適形如圖10所示的不規(guī)則射野，適形時(shí)采取的葉片端面侵入靶區(qū)的比例為50%（即中點(diǎn)相接）。利用MATLAB對(duì)數(shù)學(xué)處理方法編程計(jì)算出50%等劑量曲線(xiàn)的面積，最后分別計(jì)算出蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量的不符合度。

圖10 MLC形成不規(guī)則射野Fig.10 Irregular field generated by MLC.

如表1所示，利用MLC適形，幾何學(xué)的不符合度（過(guò)擋區(qū)域與欠擋區(qū)域面積和相對(duì)幾何面積的百分?jǐn)?shù)）為3.629%，蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量的不符合度分別為3.2626%和2.0394%。

表1 三種不規(guī)則射野幾何學(xué)、蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量的不符合度Table 1 Discrepancy degrees of three kinds of irregular radiation fields geometry, MC simulation and clinical measurements.

基于上面的研究結(jié)果，為進(jìn)一步研究FFF條件下MLC不規(guī)則射野的不符合度，利用AutoCAD以中點(diǎn)相接的方式適形如圖11和12所示的半徑為5cm圓形射野和矩形面積為10 cm×8 cm具有凹凸邊界不規(guī)則射野，獲得葉片端面的位置坐標(biāo)，同時(shí)測(cè)得過(guò)當(dāng)區(qū)域與欠擋區(qū)域的面積。在蒙特卡羅模擬過(guò)程中利用上述坐標(biāo)使MLC適形半徑為5 cm的圓形射野和具有凹凸邊界的不規(guī)則射野，最后計(jì)算50%等劑量曲線(xiàn)的面積。

半徑為5 cm的圓形射野的幾何學(xué)和蒙特卡羅模擬的不符合度分別為0.8662%和0.8794%。矩形面積為10 cm×8 cm具有凹凸邊界不規(guī)則射野的幾何學(xué)系統(tǒng)和蒙特卡羅模擬的不符合度分別為0.2314%和0.8170%。

圖11 MLC形成R=5 cm不規(guī)則射野Fig.11 Radius of 5 cm irregular field by MLC.

圖12 MLC在12 cm×8 cm形成凹凸邊界的不規(guī)則射野Fig.12 Bump border irregular radiation field at 12 cm×8 cm by MLC.

3 討論

通過(guò)蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量的對(duì)比，TrueBeam直線(xiàn)加速器FFF條件下MLC射野劑量特征結(jié)果整體上一致。在分析和對(duì)比FFF條件下MLC射野劑量學(xué)意義、射野邊長(zhǎng)和標(biāo)準(zhǔn)方野邊長(zhǎng)的偏差時(shí)，發(fā)現(xiàn)蒙特卡羅模擬結(jié)果均比臨床測(cè)量結(jié)果偏低，這可能是因?yàn)锽EAMnrc在模擬過(guò)程中使用電子截?cái)嗄芰縀CUT=0.7 MeV，光子截?cái)嗄芰縋CUT=0.01MeV等一系列方差減少技術(shù)，導(dǎo)致原本可以繼續(xù)傳遞能量的粒子過(guò)早地終止了其歷程和減少了能量的沉積，這就導(dǎo)致射野離軸曲線(xiàn)上的劑量下降，50%等劑量曲線(xiàn)間的距離減小。分析FFF條件下MLC射野在X軸方向上漏射量時(shí)，在X=0 cm處達(dá)到最大值，為22.6984%，這可能是因?yàn)閮膳湃~片間0.1 cm的空氣間隙導(dǎo)致X=0 cm處的漏射量驟然增大。分析FFF條件下MLC射野在距離Y軸3 cm處的漏射量均小于0.85%，這說(shuō)明MLC形成射野時(shí)代替鉛塊達(dá)到了漏射量小于5%的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也說(shuō)明葉片間0.046 cm的空氣間隙對(duì)劑量的影響可以忽略。而且蒙特卡羅模擬值均小于臨床測(cè)量值，這可能也是由于模擬過(guò)程采用了方差減小技術(shù)。在分析FFF條件下MLC射野半影時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)射野邊長(zhǎng)小于11 cm時(shí)，蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量的精度均為0.1cm，蒙特卡羅模擬射野半影值均小于臨床測(cè)量射野半影值，這可能也是由于模擬過(guò)程采用了方差減小技術(shù)。但是當(dāng)射野邊長(zhǎng)大于11 cm時(shí)蒙特卡羅模擬值大于臨床測(cè)量值，這可能是因?yàn)榇笊湟皶r(shí)蒙特卡羅模擬過(guò)程中DOSXYZnrc的體素大小為0.25cm，而臨床測(cè)量過(guò)程的精度0.1 cm，導(dǎo)致模擬過(guò)程的分辨率低于臨床測(cè)量，而分辨率的影響大于方差減小技術(shù)的影響。在分析葉片間凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)射野劑量的影響時(shí)，蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量的平均偏離值小于3%，這符合臨床規(guī)定射野劑量的不確定度小于5%的要求[24]。這說(shuō)明葉片間凹凸結(jié)果既起到阻止射線(xiàn)直接穿過(guò)葉片的作用，又滿(mǎn)足臨床要求，完全可以代替擋鉛產(chǎn)生高度適形射野。不規(guī)則射野不符合度值比較小，而且數(shù)值差別也很小，根據(jù)這個(gè)結(jié)果再設(shè)計(jì)的兩個(gè)不規(guī)則射野的不符合度值再次驗(yàn)證了這個(gè)結(jié)果的可靠性。表明當(dāng)葉片于射野邊界采取中點(diǎn)相接方式時(shí)，F(xiàn)FF條件下MLC適形結(jié)果的符合性好。

4 結(jié)語(yǔ)

使用BEAMnrc模擬120Millennium多葉準(zhǔn)直器最關(guān)鍵的是可以模擬MLC的所有幾何細(xì)節(jié)，蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量結(jié)果的一致性也說(shuō)明了BEAMnrc蒙特卡羅建模的精準(zhǔn)性。在現(xiàn)在的放射治療過(guò)程中，MLC對(duì)調(diào)強(qiáng)劑量的分布有很大的影響，對(duì)危及器官的保護(hù)都是由MLC遮擋完成的，對(duì)于脊髓和晶體等耐受量比較低的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)治療計(jì)劃時(shí)需要充分考慮兩排葉片間的漏射量，尤其在現(xiàn)在的治療過(guò)程中葉片隨射束照射過(guò)程不斷地運(yùn)動(dòng)。通過(guò)對(duì)FFF條件下MLC射野劑量5個(gè)方面的研究，雖然FFF模式目前并沒(méi)有廣泛使用，但是它的射野劑量特征均滿(mǎn)足臨床要求的標(biāo)準(zhǔn)，所以臨床上FFF模式下MLC可以正常、安全地使用。

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YANG Shaozhou, CHEN Longhua, ZHANG Shujun. Medical electron linear accelerator[M]. Beijing: People’s Military Medical Press, 2004: 133?134

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CLC TL72

Dosimetry characteristics of multi-leaf collimator field for TrueBeam

XIONG Qili1,2SHI Yong3XU Gang1GU Qiang2
1(Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China)
2(Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Jiading Campus, Shanghai 201800, China)
3(The Third Xiangya Hospital of Central South University, Changsha 410013, China)

Background: The dose distribution of the Flatting-Filter-Free (FFF) of medical linear accelerator

(LINACS) has been proved to have its advantages in clinical use. With the recent development of three-dimensional conformal radiotherapy and intensity-modulated radiation therapy, field of clinical treatment is mainly achieved by using Multi-leaf Collimator (MLC). Because of the rare researches on dosimetry characteristics of MLC field under FFF beam, it is interesting to note the importance of its further development. Purpose: For the TureBeam accelerator of 6 MV-X, the dose characteristics of the MLC are studied in the presence of the FFF beam. Methods: The off-axis dose curve characteristics are analyzed by using the Monte Carlo (MC) method, combined with three-dimensional dose scanning data. Results: The compared results, including MLC leaf position accuracy, leakage radiations along X-axis and Y-axis, field penumbra and the influence of the concave-convex structure of the leaf, show that the MC simulations result in good agreement with the clinical data. MLC irregular radiation field’s geometry, MC calculation and clinical measurement discrepancy degree are 3.629 0%, 3.262 6% and 2.039 4%, respectively. A circle field of radius 5 cm and uneven borders field geometry and MC calculation discrepancy degree are 0.866 2%, 0.879 4% and 0.231 4%, 0.817 0%, respectively. Conclusion: The results provide a reliable basis for the clinical use of MLC.

FFF, MLC, Monte Carlo, Dose characteristics, Clinical measurement

TL72

10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.100203

直線(xiàn)加速器是目前放射治療中使用最廣泛的設(shè)備，在傳統(tǒng)的醫(yī)用直線(xiàn)加速器中，均整過(guò)濾器的作用就是把從X射線(xiàn)靶出來(lái)的光子束均整為具有一定平坦度的均勻臨床光子束，使在病人靶區(qū)內(nèi)形成均勻的劑量分布[1]。均整器對(duì)普通放射治療非常重要，但是隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展，尤其是調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)(Intensity-modulated radiation therapy, IMRT)的出現(xiàn)，實(shí)際調(diào)強(qiáng)計(jì)劃系統(tǒng)優(yōu)化產(chǎn)生的劑量一般不均勻，原則上多葉準(zhǔn)直器的運(yùn)動(dòng)即可產(chǎn)生治療所需要的不均勻劑量[2?3]，所以研究者很早就提出了移除均整器后的未均整射束(Flatting-Filter-Free, FFF)[4]。有關(guān)FFF相比均整射束(Flatting-Filter)的優(yōu)勢(shì)已有很多研究，例如能譜改變、散射減少、劑量率增加等[5?8]。目前一些最新研發(fā)的醫(yī)用電子直線(xiàn)加速器配備了FFF的治療模式，如美國(guó)Varian公司的TrueBeam直線(xiàn)加速器。雖然目前該治療模式并沒(méi)有廣泛應(yīng)用，但是它是最具有發(fā)展?jié)摿Φ尼t(yī)用加速器射束模式。

目前臨床上廣泛采用的放射治療技術(shù)中，三維適形放射治療主要是由多葉準(zhǔn)直器(Multi-leaf Collimator, MLC)代替擋鉛產(chǎn)生高度適形射野來(lái)實(shí)現(xiàn)[9]，而調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)主要是由MLC對(duì)輻射野內(nèi)劑量強(qiáng)度按一定要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得在靶區(qū)產(chǎn)生高劑量和危及器官劑量最小來(lái)實(shí)現(xiàn)放射治療。MLC葉片的到位精度、葉片間的漏射量、射野半影等因素對(duì)劑量計(jì)算的準(zhǔn)確性有很重要的影響。而隨著動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直器的出現(xiàn)，治療過(guò)程中葉片隨著射野不斷運(yùn)動(dòng)，所以有關(guān)MLC形成照射野的劑量特征的研究十分重要。

國(guó)內(nèi)外許多研究已經(jīng)證明了FFF的優(yōu)勢(shì)，而MLC射野劑量特征的研究?jī)H有小部分，但是有關(guān)FFF條件下MLC形成射野的劑量特征研究在國(guó)內(nèi)仍屬于空白階段。本文首先建立MLC模型，然后通過(guò)蒙特卡羅(Monte Carlo, MC)模擬進(jìn)行劑量計(jì)算，再利用三維水箱劑量掃描系統(tǒng)在相同條件下通過(guò)臨床測(cè)量的方法從5個(gè)方面研究FFF條件下MLC射野劑量特征。通過(guò)對(duì)比和分析蒙特卡羅模擬和臨床測(cè)量的劑量分布曲線(xiàn)，為FFF和MLC的臨床合理使用提供依據(jù)。

No.11175112)資助

熊綺麗，女，1991年出生，2013年畢業(yè)于南華大學(xué)，現(xiàn)為碩士研究生

顧強(qiáng)，E-mail: guqiang@sinap.ac.cn

2015-06-02，

2015-07-14