Varian Novalis Tx医用直线加速器HD120 MLC漏透射特性的测定及其临床影响研究
邓永锦a，欧阳斌a，王振宇a，肖振华a，黄伯天a，黄镜先a，李宏行b，包勇a
中山大学附属第一医院 a. 放射治疗科；b. 设备科，广东 广州 510080
[摘 要]目的 研究Varian Novalis Tx医用直线加速器HD120 MLC漏透射特性测定及其对临床治疗的影响。方法 采用电离室、剂量仪、水箱及固体水对加速器不同能量下，MLC闭合射野内不同位置和方向上的漏透射特性进行测定，并以10例全脑病例为临床测试计划，研究漏透射线对MLC射野外射线敏感危及器官（Organ At Risk，OAR）晶体、眼球剂量受量影响。结果 HD120 MLC非端面处叶片内透射率为0.9%～1.4%，叶片间漏射率为1.3%～1.9%；端面处漏射率可达25%～35%。且15 MV光子线透射率较6 MV光子线略高。临床测试计划表明MLC漏透射线影响OAR剂量受量；在满足靶区覆盖要求前提下，由铅门与MLC一起遮挡OAR的保护效果较仅由中间小叶片或两侧大叶片遮挡方式好，并具有显著性差异（P＜0.05）。结论 HD120 MLC漏透射线对剂量学影响不容忽视，临床计划设计中应将其影响因素考虑进去，在满足靶区覆盖要求的同时实现对靶区周围OAR更好的保护效果。
[关键词]漏透射特性；剂量测定；医用直线加速器；危及器官
引言
医用直线加速器是目前放射治疗中应用最广泛的设备。其多叶准直器系统（Multi-Leaf Collimator，MLC）用于形成计划要求的照射野，已取代传统射野挡块成为医用加速器的标准配置[1]。由于MLC结构设计特点，在其形成的射野外存在小部分射线穿过MLC形成漏透射剂量（Leakage and Transmission Dose，LTD），其中包括穿透过MLC非端面处叶片内透射剂量、相邻叶片间凹槽结构的漏射线，以及相对叶片合拢时端面间漏射线[2]。据相关文献报道，叶片内及叶片间漏透射剂量可达射野最大剂量的1%～10%[3-4]，而叶片合拢端面处漏射线量更大。该剂量对射野外组织受量贡献较大，尤其对于铅门不跟随或跳数较多的计划而言，影响更不容忽视，因此对MLC漏透射特性进行定量测量，是MLC系统剂量学重要工作。本院安装的Varian Novalis Tx医用直线加速器具有6、15 MV两档能量光子线，并装备了特殊的HD120 MLC，其两侧叶片投影至等中心宽度为0.5 mm，中间叶片投影宽度为0.25 mm，较两侧小且叶片缝隙数量多[5-6]，目前未有该型号的MLC漏透射特性数据报道。
本文采用电离室、剂量仪、水箱及固体水对Novalis Tx直线加速器不同能量下，MLC闭合射野内不同位置和方向上的漏透射特性进行测量，并以全脑病例为临床测试计划，研究漏透射线对MLC射野外射线敏感OAR（晶体，眼球）剂量受量影响。
1 材料和方法
1.1 仪器与设备
Varian Novalis TX医用直线加速器，IBA CC13电离室，IBA DOSE1剂量仪，IBA SP34固体水，IBA Blue Phantom2水箱及其配套控制软件（OmniPro-Accept 7.5），Varian Eclipse TPS（Version 13.5）。
1.2 Varian Novalis TX MLC结构
Varian Novalis TX直线加速器配置了特殊的HD120 MLC，共60对带独立电机的钨合金叶片（图1），其两侧各14对叶片投影至等中心宽度为0.5 mm，中间32对叶片投影宽度为0.25 mm，中间较两侧叶片小且缝隙数量多。该MLC可形成最大尺寸22 cm×40 cm照射野，叶片半影值小于3 mm，全面临床精度可保证在0.5 mm内。相邻叶片间采用凹凸槽结构减少叶片间漏射，端面采用弧形设计保证叶片运动过程中半影保持常数。
图1 Varian Novalis TX直线加速器HD120 MLC叶片分布示意图
1.3 ML C漏透射特性定义
本文MLC漏透射特性采用漏透射率（Leakage and Transmission Rate，LTR）表示，在铅门形成15 cm×15 cm参考射野前提下，某点（x,y）的LTR定义如下：
式中Dclose(x,y)为MLC完全闭合情况下，加速器出一定跳数(x,y)点的累积剂量；Dopen(x,y) 为MLC形成与铅门一致的15 cm×15 cm开野，加速器出相同跳数(x,y)点的累积剂量。本文LTR测量分3个部分：叶片内透射率（Intraleaf Transmission Rate），测量点取闭合射野内G-T方向距离中线2.5 cm线上的MLC投影中部（图1中a点投影）；叶片间漏射率，测量点取闭合射野内G-T方向距离中线2.5 cm线上的相邻MLC投影间（图1中b点投影）；叶片合拢端面间漏射率，测量点取闭合射野内G-T方向中线上MLC合拢端面投影处（图1中c点投影）。
1.4 固体水下LTR测量
加速器臂架及准直器均设为0°，取SSD 100 cm，将CC13电离室放置于SP34固体水下1.5 cm处并接至DOSE1剂量仪。加速器铅门设置为15 cm×15 cm，选择6 MV光子线，跳数设置500 MU，剂量率600 MU/min，MLC在射野中线处完全闭合情况下出束，电离室参考位置分别放置于MLC叶片内透射率、叶片间漏射率及叶片端面间漏射率的测量点处，测量各点的Dclose(x,y)；随后将MLC形成与铅门一致的15 cm×15 cm射野，其他出束条件不变，测量各点的Dopen(x,y)，由LTR定义式计算各点LTR值。用同样方法可测量1.5 cm深度下15 MV光子线上述各点LTR。所有测量均重复五次并取平均值及标准差。
1.5 离轴LTR曲线测量
加速器臂架及准直器均设为0°，架设好Blue Phantom2水箱，取SSD 100 cm，将CC13测量电离室放置于水下1.5 cm的层面上并连接至水箱控制器，外接水箱控制电脑，参考电离室放置于近机头处对角线方向上。加速器铅门设置为15 cm×15 cm，射线能量选择6 MV光子线，剂量率600 MU/min。MLC在射野中线处完全闭合情况下持续出束，通过水箱运动控制器控制测量电离室在同一深度层面上运动，由水箱控制软件分别获取MLC闭合射野内G-T方向距离中线2.5 cm线（即图1中ab点投影连线）、G-T方向中线（即图1中c点投影所在的MLC合拢端面线）及A-B方向中线上的LTD离轴曲线；随后将MLC形成与铅门一致的15 cm×15 cm射野，其他测量条件不变，获取上述各方向开野剂量离轴曲线，并由LTR定义式换算出各方向离轴LTR曲线。用同样方法可获取1.5 cm深度下15 MV光子线上述各方向离轴LTR曲线。
1.6 临床测试计划影响研究
选取10例全脑病例，处方为PTV接受3000 cGy/10次剂量，覆盖要求PTV内95%处方剂量（2850 cGy）的体积不少于95%。每例病例分别用Varian Eclipse TPS计划系统设计3个3D-CRT计划Plan_A、Plan_B及Plan_C，射线能量均为6 MV。其中Plan_A的射野仅采用中间的小叶片MLC遮挡保护眼球（Eyes）和晶体（Lens），Plan_B仅采用两侧大叶片遮挡保护，而Plan_C采用铅门加MLC遮挡保护，其射野BEV，见图2。比较3个计划的PTV覆盖和OAR器官的受量。
1.7 统计学分析
采用SPSS 22.0统计学软件对数据结果进行配对t检验，认为P＜0.05差异具有统计学意义。
图2 Plan_A、Plan_B、Plan_C的射野BEV图
2 结果
2.1 LTR测量结果
不同能量射线下固体水中LTR测量结果，见表1。MLC闭合射野内G-T方向距离中线2.5 cm线、G-T方向中线及A-B方向中线上的LTD离轴曲线，分别见图3～5。
表1 不同能量光子线漏透射率（%）
图3 闭合射野内G-T方向距离中线2.5cm线离轴LTR曲线
图4 闭合射野内G-T方向中线离轴LTR曲线
由LTR测量结果可知，Varian Novalis TX直线加速器HD120 MLC非端面处叶片内透射率为0.9%～1.4%，叶片间漏射为1.3%～1.9%，而端面处漏射率可达25%～35%，且15 MV光子线的透射率较6 MV光子线略高，对临床剂量学影响效果不容忽视。从离轴LTR曲线上也能看出，MLC合拢端面处漏透射明显高于非端面处，但非端面处的漏透射率随离轴变化并不明显，中间与两侧的叶片LTR也无太大差别。
图5 闭合射野内A-B方向中线离轴LTR曲线
2.2 临床测试计划结果
经测试，所有病例的3个计划Plan_A、Plan_B、Plan_C剂量覆盖上均能达到PTV内95%处方剂量（2850 cGy）的体积不少于95%的临床要求。其OAR器官受量统计结果，见表2。
由表2可知，MLC漏透射线可影响OAR剂量受量。在满足靶区覆盖要求前提下，由铅门与MLC一起遮挡方式（Plan_C）对OAR保护效果最好，眼球（Eyes）和晶体（Lens）受量均最低，与其余两种方式相比具有显著性差异（P＜0.05）；仅由中间小叶片遮挡方式（Plan_A）或两侧大叶片遮挡方式（Plan_B）的保护效果较差，但该两者间无显著性差异（P＞0.05）。
3 讨论
根据本文的测量结果，Varian Novalis TX医用直线加速器HD120 MLC非端面处叶片内透射率为0.9%～1.4%，叶片间漏射为1.3%～1.9%，在可接受要求范围（10%）内，端面处漏射率可达25%～35%，且15 MV光子线透射率较6 MV光子线略高，该漏透射对剂量学的影响效果是不容忽视的。据类似研究报道，张玉海等[7]测量Varian Millennium 120准直器6 MV光子线叶片间透射率平均为1.42%，叶片端面漏射率平均为17.99%，与本文的结果略有差别。而Li等[8]测量Elekta Synergy直线加速器MLC非端面处叶片内透射率为0.8%～1.1%，叶片间漏射率为1.7%～2.0%，端面处漏射率约为 26%～29% ；Lárraga-Gutiérrez等[3]关于不同检测设备测量m3-mMLC（BrainLAB，Germany，中间叶片投影宽度3.0 mm）的结果叶片内透射率约为0.9%～1.5%，叶片间漏射率为1.1%～2.1%，与本文结果均较为接近。
表2 Plan_A、Plan_B、Plan_C计划OAR剂量受量比较（cGy）
Varian Novalis TX直线加速器配置的HD120 MLC，两侧各14对叶片投影至等中心宽度为0.5 mm，中间32对叶片投影宽度为0.25 mm，较两侧叶片小且缝隙数量多。已有文献报道，小叶片可形成更为精细圆滑的射野边缘，更好的适形于复杂靶区，体现HD MLC的优势所在[9]。而根据本文的LTR离轴测量结果，中间与两侧的叶片LTR并无太大差别，临床测试计划中对眼球和晶体的保护研究结果也验证了两者无显著性差异（Plan_A νs. Plan_B，P＞0.05）。
需要注意到的是，HD120 MLC叶片端面采用弧形设计保证叶片运动过程中半影保持常数，但也因此导致端面处的漏透射线量增加，漏透射率较大（25%～35%）。在临床测试计划中发现，该因素会导致射野半影变宽，减缓射野周围剂量下降梯度，明显增加靶区边缘附近的正常组织受量。García-Garduño 等[10]采用EBT胶片测量MLC漏透射及半影，结果显示由MLC端面漏透射线导致的射野边缘80%～20%剂量半影区宽度可达2.1～2.6 mm。对于需要用MLC遮挡保护的OAR组织，或在临床靶区的PTV外扩上，需要将该因素考虑进去。
本文分别对6 MV和15 MV两个能量档光子线透射率进行测量，由结果可知MLC叶片非端面透射率15 MV光子线较6 MV光子线高约0.4%，端面合拢处15 MV高约3.5%，原因为高能量射线较低能量射线穿透性强，且散射较少。Jabbari等[11]发现对于ONCOR直线加速器（德国西门子）的高能18 MV光子线与6 MV光子线相比，叶片内透射与叶片间漏射均大0.2%左右；而Li等[8]对Elekta Synergy直线加速器MLC漏透射测量结果表明，高能光子线间（＞10 MV）MLC漏透射率无较大差别。临床中会根据靶区据体表距离不同，选择不同能量射线进行计划设计，但考虑高能射线的透射率较大，应优先选择低能量射线以更好的保护靶区附近正常组织。
调强放射治疗技术（Intensity Modulated Radiating Therapy，IMRT）是目前肿瘤放射治疗的重要技术，可获得比传统三维技术更优良的靶区适形性和均匀剂量分布，并让周围正常组织得到更好的保护效果。然而相比于传统三维计划，IMRT需要更多的子野数和更高的MU跳数，因此必然引入更多的漏透射剂量[12]。容积旋转调强放疗（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）是在IMRT基础上发展起来的新型调强治疗技术，通过加速器机架旋转的过程中连续调节机架角度、旋转速度、MLC叶片形状及剂量率等达到出束优化目的。与IMRT相比，VMAT可明显减少跳数及治疗时间，并达到与IMRT近似或更优的靶区剂量分布[13-14]。相同漏透射率的情况下，跳数的减少意味着更好的漏透射剂量控制。因此条件允许情况下，可优先考虑VMAT技术进行计划设计。值得注意的是，本文使用的Eclipse 13.5版本计划系统，VMAT计划不支持铅门跟随技术，即在治疗过程中铅门大小保持不变[15-17]。据本文研究结果，由铅门和MLC一起遮挡对射野外OAR保护效果最好（Plan_C），故在设计VMAT计划时需将铅门设置尽可能小，减少漏透射线对MLC射野外组织剂量受量影响。
4 结语
由于医用直线加速器MLC结构设计的特点，在其射野外存在小部分射线穿过MLC形成漏透射剂量，对其进行定量测量是MLC系统剂量学重要工作。本文采用电离室、剂量仪、水箱及固体水等对装备HD120 MLC的Varian NovalisTx加速器不同能量下，MLC闭合射野内不同位置和方向上漏透射特性进行测量，并以10例全脑病例为临床测试计划，研究探讨漏透射线对MLC射野外射线敏感OAR（晶体，眼球）剂量受量的影响。研究结果表明HD120 MLC漏透射线对剂量学影响不容忽视，能量选择、铅门位置大小、计划跳数等都直接影响漏透射剂量，在计划设计中应将这些因素考虑进去，在满足靶区覆盖要求的同时，实现对靶区周围OAR更好的保护效果。
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Research on Dosimetry and Clinical Impact of Leakage and Transmission Radiation of HD120 MLC in Varian Novalis Tx Medical Linear Accelerator
DENG Yongjina, OUYANG Bina, WANG Zhenyua, XIAO Zhenhuaa, HUANG Botiana, HUANG Jingxiana, LI Honghangb, BAO Yonga
a. Department of Radiation Oncology; b. Department of Medical Engineering, The First Affiliated Hospital of Sun Yat-sen University, Guangzhou Guangdong 510080, China
Abstract:Objective To make research on dosimetry and clinical impact of leakage and transmission radiation of HD120 MLC in Varian Novalis Tx medical linear accelerator. Methods The ionization chamber, electrometer, water tank and solid water were used to measure the leakage and transmission radiation of MLC in different positions and directions in the closed field. A total of 10 cases of whole brain radiotherapy were selected as clinical test plans, to explore the impact of leakage and transmission radiation of MLC on organ at risk(OARs) including eyes and lens outside the field which were sensitive to radiation. Results The intraleaf transmission rate of HD120 MLC was 0.9%-1.4%, and the interleaf leakage rate was 1.3%-1.9%, while the leaf ends leakage rate was as much as 25%-35%. The leakage and transmission rate of 15 MV photon radiation was slightly higher than that of 6 MV. The clinical test plans indicated that the OARs was affected by leakage and transmission radiation. While meeting the dose coverage requirement of target volume, the way that used jaws and MLC together to shelter OARs got better protection effect than used MLC only, which showed significant differences(P＜0.05). Conclusion The leakage and transmission radiation of HD120 MLC has unnegligible in fl uence on radiation dosimetry, which should be considered in clinical treatment plan to protect OARs and meet the dose coverage requirement of target volume at the same time.Keywords: transmission radiation; dosimetry measurement; medical linear accelerator; organ at risk
[文章编号]1674-1633(2018)10-0049-05
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2018.10.012
[文献标识码]A
[中图分类号]TH774
通讯作者邮箱：baoyong@mail.sysu.edu.cn
通讯作者：包勇，副主任医师，主要研究方向为肿瘤放化综合治疗的临床工作及研究，特别擅长胸部肿瘤（食管癌、肺癌）的放化综合治疗及研究。
修回日期：2018-01-08
收稿日期：2017-12-19
本文编辑 袁隽玲