MLc(多叶电动光栅)动态调强叶片的运动模型

    多叶准直器(MLc)原本为替代传统放射治疗中的固定挡块而设计的，由于其在动态照射野方面灵活方便，功能强，在大照射野治疗机上成为实施IMRT技术有力工具。

    MLc一般由20～120对叶片组成，每个叶片在等中心(治疗机参考中心点)平面上的投影宽度约为1．O或1．2cm，微型的MLc的投影宽度可达1．66mm；各组叶片相向排列，安装于托架上，叶片可以在托架上运动，其运动方向与射线束轴线方向垂直，每个叶片可以独立运动。准直器叶片的大小、片数和位置决定了照射野的大小和形状近似的精确程度。治疗计划系统(TPs)输出MLc各叶片的位置、运动速度等参数信息。这样通过调节各照射野的形状和照射时间，实现IMTR治疗。气动的MLc的基本结构原理如图8—1所示。图中，气动阀门由计算机控制其开度、通过气缸活塞运动带动相应叶片运动。每个叶片运动的位置、速度、加速度变量的大小和方向均由计算机输出的控制信号给出。这样，各个叶片不同的运动状态，拼接出与肿瘤投影适形的不规则射野，达到IMRT方式的调强治疗。

    MLc的适形调强方式主要有MLc静态调强、动态调强和旋转调强。动态调强又分为动态叶片调强和动态扫描调强。

    1．MLc静态调强所谓静态调强是指将射野要求的强度分布进行分级，利用MLc形成多个子野进行分步照射。每个子野照射完后关闭射线，MLc调到另一个子野，继续进行照射，如此往复，直至所有子野照射完毕。所有子野的强度相叠加，形成所要求的剂量分布。具体实现过程如下所示。

    (1)单对叶片控制的剂量分布。将TPs输出的二维数字强度分布沿叶片方向进行转换，形成如图8—2a所示的一维连续强度分布。每对叶片对应一个强度分布图，由该叶片控制和形成该位置的剂量分布。如图8—2a所示的图形即为第一对叶片控制的强度分布。

    (2)剂量强度分级。选择适当的强度间隔，对一维强度进行强度分级，对于强度等级为M的点，其实际照射强度，为其中△Ii为第i级强度间隔。强度间隔的大小决定了剂量分布的精确度。

    (3)根据强度分级，将一维连续强度分布变成数字阶梯式强度分布，如图8—2a所示。

    (4)确定该对叶片位置的坐标序列。求出每一个强度等级和数字阶梯式强度分布的交点，这些交点的横坐标就是该强度等级下此对叶片的坐标，记为{XL(i，j)，xR(i，j)}，其中i=1，2，3，…，N，N为叶片的总对数，i=1，2，3，…，M，M为强度等级。

    举例如图8—2b所示，第1对叶片的第1强度等级的坐标为{xL(1，1)，XR(1，1)}。

    (5)每对叶片重复上述过程，得到不同程度等级下各对叶片的坐标，它们合成在一起，形成了M个子野。

    MLc静态调强的优点是控制简单，只需控制叶片的位置，不需控制速度，可调制成任意阶梯形的剂量分布。但由于频繁开关射线，对治疗机损耗较大，射束利用率低，效率低。此外，由于剂量分布为阶梯式变化，剂量空间分辨率较低。

    2．MLc动态叶片调强所谓MLc动态叶片调强是指按选定的速度，控制两个叶片的相对位置和停留时间，可以得到所要求的空间剂量分布。其特点是，在叶片运动过程中，射线束一直照射不关断，一对相对叶片总是向一个方向运动，控制两个叶片的相对位置和停留时间，就可以得到该位置处的输出强度。所以，应该首先研究叶片的运动规律。

    如果照射束的能量是均匀的，而且在照射过程中不发生变化，这时可以不考虑射源波动的影响。在实施动态叶片调强技术时，一对叶片总是向一个方向运动。设叶片的运动方向为盖轴与射线束轴线方向垂直。在两个运动着的叶片中，有一片称为引导片，率先运动到一个位置；而另一片称为跟随片，按选定的速度运动。控制两个叶片的相对位置和停留时间，就可以得到所要求的输出强度J(x)。

    现设引导片的编号为2，跟随片的编号为1，它们在某x处的位置上停留时间分别为t1(x)和t2(x)，则在位置x处的强度I(x)为它们的时间差。

    式中，dx／dt是叶片的运动速度；dI/dt是加速器的输出剂量率，在动态叶片技术中一般假定为常量；dI／dx是所需射线强度随位置x的变化率。

    由式(8—3)可见，强度随位置的变化率dI／dx越大则要求叶片的运动速度越慢，实现起来也比较容易。变化率dI／dx越小，叶片运动速度越快，实现起来较困难。因为对强度变化率较小的区域，叶片运动速度必须很快，而这往往受到叶片运动****速度的限制。