螺旋断层放疗系统多叶准直器叶片的性能分析-论文

·医疗卫生装备·2010年10月第31卷第10期Chinese Medical Equipment Journal ·Vol.31·No.10·October ·2010

作者简介:张金葆(1971-),男,河北衡水人,硕士,主任,副主任医师,主要从事医疗设备管理方面的研究工作。

作者单位:100700北京北京军区总医院医学工程科(张金葆、卢爱国)通讯作者:卢爱国,E-mail :luaiguo.1981@http://m.sodocs.net/doc/b48d811714791711cc7917a5.html

螺旋断层放疗系统多叶准直器叶片的性能分析

张金葆,卢爱国

[摘要]

目的:研究螺旋断层放疗系统的气动二元MLC 叶片的设计和机械特性。方法:分析了气动二元多叶准直器叶

片的重要参数,如叶片宽度、叶片速度、漏射和透射以及叶片运动产生的延迟效应。结果:气动二元MLC 叶片的机械结构是为螺旋断层调强放疗的实施专门设计的。MLC 叶片的延迟的准确建模保证了剂量计算的准确性。结论:气动二元多叶准直器是实现螺旋断层调强放疗理想的部件。

[关键词]螺旋断层放疗;二元多叶准直器;调强放疗

[中国图书资料分类号]TH774;TP302.7[文献标识码]C

[文章编号]1003-8868(2010)10-0128-02

Performance Analysis of MLC Helical Tomotherapy

ZHANG Jin-bao,LU Ai-guo

(Department of Medical Engineering,General Hospital of Beijing Military Area Command,Beijing 100700,China )Abstract Objective To study the mechanical characteristics of the pneumatic binary MLC of helical tomotherapy.Methods The important parameters including leaf width,leaf speed,transmission and delayed effect were analyzed.Results The mechanical structure of the helical tomotherapy pneumatic binary MLC was designed specially for IMRT delivery in helical tomotherapy form.The modeling of leaf delayed effect assures the accuracy of dose calculation.Conclusion Pneumatic binary MLC is ideal for IMRT using helical tomotherapy.[Chinese Medical Equipment Journal ,2010,31(10):128-129]Key words Helical Tomtherapy;binary MLC;IMRT

1引言

大多数传统直线加速器都配有多叶准直器(multileaf

collimator ,MLC ),最初是为了取代治疗中用于保护正常组

织的挡铅而设计的[1]。MLC 作为实施调强放疗的基本部件,其研究参数有[2]:(1)叶片宽度。叶片宽度决定了可以达到的强度调制的一维空间分辨率。在叶片运动方向的强度的空间分辨率只受MLC 叶片到位精度的限制。为了照射调强野,通常需要不同叶片的超行程范围照射扩展的靶区。传统加速器的MLC 的叶片在等中心处的宽度通常为5mm 或1cm 。(2)最大的叶片速度。叶片速度对调强野的动态实施尤其重要。通常叶片速度为2~4cm/s 。(3)漏射和透射。因为IMRT 的实施需要大量的MU ,叶片漏射和透射的影响不可忽略;治疗的大部分体积是用关闭的MLC 遮挡的,这些区域的射线漏射可能会增强。(4)叶片到位精度。MLC 影响调强的最重要的因素之一是叶片到位精度。在IMRT 治疗中,有大量的小野部分。在2个方向的强度网格都是10mm 的情况下,1

mm 的叶片到位误差就可认为是大的误差。这是因为小野非常陡的梯度的特征输出因子曲线。1mm 的误差可以引起10×10射野大约10%的剂量误差,所以最大叶片到位误差要小于0.5mm 。叶片到位精度取决于强度图的强度网格分辨

率。

2

螺旋断层放疗系统的MLC 性能分析

螺旋断层放疗系统(helical tomotherapy ,HT )用同步的

机架旋转和进床的方式进行螺旋扫描和治疗。HT 有一个6MV 的直线加速器。治疗过程中,扇形束用气动的二元MLC 进行强度调制(有64个叶片,每个叶片在SAD 85cm 等中心

处的投影宽度为6.25mm )。照射时,扇形束长度的可调范围是1~5cm ,宽度最大为40cm 。由于HT 是螺旋断层方式,其用来调制射线的二元MLC 是完全不同于传统MLC 叶片的,见图1(a )、(b )。设计、制造并测试叶片的过程为螺旋断层放疗IMRT 实施做了大范围的优化[3]。

2.1

二元MLC 叶片的机械设计

二元MLC 的叶片呈锥

形,靠近源的一端厚度为2

mm ,靠近患者的一端为3mm ,在等中心处的投影宽度

为0.625mm 。这些薄叶片的外形非常复杂,精度要求严格,并要求使用高纯度的钨。厚达10cm 的叶片实际上是将透射平均控制在

0.3%,见图2。John Balog 研

究了叶片的凸凹槽效应以减少漏射[4]。叶片设计为凸部突出0.15mm 进入厚度为

0.3mm 的凹部。这要求叶片

和叶片滑动装置的加工误差都不能超过0.05mm 。

Balog 还研究了一种算法来

预测相邻叶片打开状态下

对于能量注量的影响[5]。叶片外形必须是长度大于高度才可以保证高精度的操纵性,但这会导致叶片过重。为了减轻质量,叶片中不会和射线相交的部分镂空成矩形大孔,并用这个空间来放入缓冲垫实现更加柔和地刹车。

考虑到相对长距离运动的稳定性、紧凑性、速度和鲁棒

(b )HT 的二元

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MLC

(a )传统MLC

图1

传统MLC 与HT 的二元MLC 示意图

仪器原理

Instrument Theory ·128·

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