微型多叶光栅的物理数据的测量
作者：许志新 徐艳丽 李国庆 陈龙华
单位：许志新 徐艳丽 陈龙华 第一军医大学 南方医院放疗科；李国庆 第一军医大学 生物医学工程系,广东 广州 510515
关键词：多叶光栅；测量方法；放射物理
中国医学物理学杂志990401 摘要:德国Fischer公司生产的微型多叶光栅每片厚度为1 mm，共40对80片，射野直径范围为3～64 mm，TMR、St、剂量分布的测量可用三维水箱法或胶片法。用三维水箱测量时，应选用0.03 cc以下的电离室探头或1 mm直径的半导体探头；用胶片法时，应先作出胶片密度-剂量曲线图，并校准胶片的绝对剂量值；剂量分布的测量应先照片，再用放射物理专用的数字化扫描仪将胶片灰阶扫入计算机，并以1 mm×1 mm为矩阵得出140×140个剂量分布的数据。
中图分类号：R144.1 文献标识码：A
, 百拇医药
文章编号：1005-202X(1999)04-0201-03
Dose data measurement for micro-multi-leaf collimators
XU Zhi-xin1, XU Yan-li1, LI Guo-qing2, CHEN Long-hua1
(1.Department of Radiation Oneology, Nanfang Hospital,1st Military medical university;
2.Department of Biomedical Engineering, 1st Military medical university ,Guangzhou 510515,China)
, 百拇医药
Abstract:The Fischer MMLC had 80 independent tungsten leaves set in two banks of 40, each leaf was only of 1 mm thickness, permitting field sizes ranged from 3cm×3cm to 64cm×64 cm,The dose distribution Of TMR or St could be measured with X-ray film dosimetry or three dimension (3D)water tanker. When using the water tanker of 3D,the ionization chamber with inner diameter 0.03 mm or the semiconductor with inner diameter less than 1 mm should be required，while using the film ,a curve of density-to-dose relation of the film should be made first and the absolute dose-data of film should be calibrated. Measuring dose-distribution should expose the film first ,then scan the data into the computer with the special radiotherapy physical digital scanner, and used 1 mm×1 mm lattice to derive 140 mm×140 mm dose distribution data.
, http://www.100md.com
Key words: Micro-Multi-leaf Collimators (MMLC)；dosimetry；Physics of Radiation
微型多叶光栅立体定向适形放疗作为肿瘤放射治疗的新领域，已取得较大的进展，并逐步走向成熟。继头部γ刀、X刀之后，体部的立体定向适形放疗是在直线加速器上附加上微型多叶光栅，对瘤体实现多个共面或非共面集束照射的新方法。加速器附加上微型多叶光栅后，为准确实施治疗计划，物理数据的测量与常规相比，有特殊的要求，本文就我院开展该项工作的一些经验，总结报告如下：
1 设备与方法
适形放疗计划系统：digital 433计算机，采用Leibinger立体定向适形放疗软件包，可实现体内任何部位病变在Ficsher定位坐标系中准确定位及三维成像，直观显示三维剂量分布、体积剂量直方图等。该系统需要的物理数据主要是：组织最大剂量比(TMR)、总的散射因子(St)和射野的剂量分布。
, 百拇医药
直线加速器：Varian-600C/D型，6MV X-线用于立体定向适形放射治疗，测量物理数据之射线源。
微型多叶光栅：德国Fisher微型多叶光栅，每片厚度1 mm，共40对80片，到等中心最大射野为64 mm×64 mm，在射野范围内可任意适形成各种形像。
Kolli For数控铣床：德国进口，用于铣各种形像的有机玻璃模块，这些模块置于微型多叶光栅内，测量不同大小射野的物理数据。
测量工具：美国CRS三维水箱，探头为0.03 cc电离室；VICDREEN 500型指头型电离室剂量仪；Kodak X-OMAT,XTL-2剂量胶片等。
1.1 测量组织-最大剂量比(TMR)曲线
在多叶光栅上分别加上从数控铣床加工出的3，5，7，……37 mm直径的圆型模和25，27，29，……37 mm的方型模。方法①三维水箱法：用0.03 cc电离室探头置于上述各适形野的中央，探头中点位于水面，探头位置不动，水面逐渐上升使探头下降到水深250 mm(采用探头下降及三维水箱相对电离室同步上升的方法进行)，则可画出TMR曲线测出TMR的数据。方法②剂量胶片法：先校准胶片密度和剂量的关系，即在100 mm×100 mm射野下，分别以0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5 Gy照片，测量后得到剂量与胶片密度的关系(见图1)； 然后，将做好标志的胶片放在水模(或等校组织密度)下，深度分别为0，2，4，10，15，20，25，……250 mm，保持源到胶片的距离为1000 mm，以1 Gy分别对各射野进行照片，测量每张胶片中心点密度值，依照密度与剂量曲线校准这些值的大小，并转换成剂量值，根据TMR定义得到TMR数据的曲线(见图2)。
, 百拇医药
图1 胶片密度与剂量的关系曲线
图2 组织-最大剂量比(TMR)曲线
1.2 测量总散射输出因子(St)
总散射输出因子是加上微型多叶光栅后，加速器准直器和微型多叶光栅的散射因子和体模散射因子的总和，测量方法是：加速器的初级光栅保持100 mm×100 mm，100 MU，50 mm水深处，用0.03 cc电离室探头，分别测量上述各圆野和各方野的剂量值，这些值分别除以100 mm×100 mm 射野的剂量值，则得出各圆野和各方野的St。即：St=D(f)/D(10×10)
1.3 测量剂量分布
微型多叶光栅剂量分布的测量要求是：140 mm×140 mm范围内整个面的剂量分布，其间隔为1 mm2。方法①水箱法：加速器射野为100 mm×100 mm，用三维水箱在等中心最大剂量点处对射野进行扫描，扫描间隔为1 mm，扫描范围为140 mm×140 mm，即纵向140条，横向140条扫描线，则获取的数据为140×140个数据，比较这些数据的大小，则可得到该野的剂量分布数据。方法②胶片法：先做好胶片的方向标志,即左(L)-右(R)-头(H)-脚(F)(从病人仰卧于治疗床看)，在等中心最大剂量点处，以100 mm×100 mm的射野进行照片，剂量为分别为0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 cGy；测量每张胶片的密度，作出密度-剂量曲线；用放射物理专用胶片扫描仪，对1.0 cGy的胶片射野影像(大小为140 mm×140 mm)扫描输入计算机，剂量分布程序根据密度-剂量曲线可读出140×140个剂量分布数据。
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2 结果
2.1 我院Ficsher微型多叶光栅5 mm圆型模的TMR(6MV X-线)详见表1。
表1 5 mm圆型模的TMR mm
0
2
4
6
8
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16
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18
59.2
67.7
83.0
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96.3
99.0
99.9
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27.1
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26.0
25.5
240
25.1
24.8
24.8
横轴为2 mm米进制，纵轴为20 mm米进制
2.2 我院Ficsher微型多叶光栏的部分总散射因子St，详见表2。
表2 总 散 射 因 子 St C3:
0.5041
C13:
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0.9061
C23:
0.9344
C33:
0.9496
C29:
0.9472
C5:
0.7419
C15:
0.9100
C25:
0.9382
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C35:
0.9503
C31:
0.9487
C7:
0.8026
C17:
0.9138
C27:
0.9430
C37:
0.9509
C33:
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0.9508
C9:
0.8633
C19:
0.9232
C29:
0.9476
S25:
0.9431
C35:
0.9543
C11:
0.8846
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C21:
0.9324
C31:
0.9477
S27:
0.9451
C37:
0.9584
C:圆形模 S：方形模
2.3 我院Ficsher微型多叶光栅5 mm圆型模中心轴R-L方向的剂量分布详见表3。
表3 5 mm圆型模R-L方向的剂量分布 mm
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0
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2
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7
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R-10
7.3
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87.4
71.7
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100.0
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41.3
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11.8
L-10
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5.0
4.8
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4.5
表中：R为射野右侧，L为射野左侧，横轴为1 mm米进制，纵轴为10 mm米进制
3 讨论
微型多叶光栅在正式投入临床使用前，需要测量各种条件下的TMR、St，和剂量分布的值。由于各台加速器具体的机械结构，调试参数和射线散射条件都有差别，所以这些参数都应仔细测量，将计算处理后的数据输入计算机获得确认，治疗计划系统才能给出准确的直线加速器的X线的输出值MU和每个层面病灶周围的剂量分布。
微型多叶光栅的范围3 mm到64 mm，在TMR测量过程中，为保证小野所测数据的准确性，必须选用灵敏度高体积足够小的探头，一般用1 mm的半导体探头或0.03 cc以下的电离室探头，对于30 mm直径以上的射野可用普通的电离室监测。如用胶片法测量时，因胶片的黑化密度与剂量的关系曲线不是直线，即胶片的黑化密度值不能直接代表剂量值，则必须校准胶片的黑化密度与剂量的关系，在操作过程中要注意使用同一批号出厂的胶片，同一条件照片，并在同一条件下冲洗胶片。因胶片法影响精度因素较多，建议用三维水箱测量TMR、St比较合适。
, 百拇医药
剂量分布的测量最好用胶片法，胶片法测量关键是要有一台放射物理专用的胶片扫描仪，普通扫描仪不能精确分辨胶片灰阶的量值，如照射1.0 Gy的胶片，90%与95%的黑化度在普通扫描仪上没有区别，放射物理专用的胶片扫描仪比普通计算机用的扫描仪在灰阶的分辨率上要高得多。
参考文献：
1 Christopher F.Serago et al.:Tissue maximum ratios(and other parameters)of small circular 4,6,10,15and 24MV x-ray beams for radiosurgery in Phys .Med. Biol.,1993, 37(10):1943-1956.
2 Beddar A S, Mackie T R,Attix, F H. Water-Equivalent Plastic Scintillation Detector for High-energy Beam Dosimetry:Part Ⅱ. Properties and Measurements, Phys. Med. Biol.1992, 37:945-958.
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3 Stereotactic Radiosurgery. Report of Task Group 42 Radiation Therapy Committee. M C. Schell (Chairman). AAPM Report No. 54. Published for the Amer. Assoc. Of Phys. In Med. By the Amer. Inst. Of Phys.1995.
4 Khan FM: The Physics of Radiation Therapy, Ed 2.Baltimore, Williams & Wilkins.1994.
5 Boyer AL: Compensating Filters for High Energy X-rays. Med. Physics.1982, 9(3): 429-433.
6 Adler, J R, Cox, R S. Preliminary Clinical Experience with the Cyberknife: Image-Guided Stereotactic Radiosurgery. Radiosurgery,1996,1:316-326.
收稿日期：1998-12-30, 百拇医药
单位：许志新 徐艳丽 陈龙华 第一军医大学 南方医院放疗科；李国庆 第一军医大学 生物医学工程系,广东 广州 510515
关键词：多叶光栅；测量方法；放射物理
中国医学物理学杂志990401 摘要:德国Fischer公司生产的微型多叶光栅每片厚度为1 mm，共40对80片，射野直径范围为3～64 mm，TMR、St、剂量分布的测量可用三维水箱法或胶片法。用三维水箱测量时，应选用0.03 cc以下的电离室探头或1 mm直径的半导体探头；用胶片法时，应先作出胶片密度-剂量曲线图，并校准胶片的绝对剂量值；剂量分布的测量应先照片，再用放射物理专用的数字化扫描仪将胶片灰阶扫入计算机，并以1 mm×1 mm为矩阵得出140×140个剂量分布的数据。
中图分类号：R144.1 文献标识码：A
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文章编号：1005-202X(1999)04-0201-03
Dose data measurement for micro-multi-leaf collimators
XU Zhi-xin1, XU Yan-li1, LI Guo-qing2, CHEN Long-hua1
(1.Department of Radiation Oneology, Nanfang Hospital,1st Military medical university;
2.Department of Biomedical Engineering, 1st Military medical university ,Guangzhou 510515,China)
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Abstract:The Fischer MMLC had 80 independent tungsten leaves set in two banks of 40, each leaf was only of 1 mm thickness, permitting field sizes ranged from 3cm×3cm to 64cm×64 cm,The dose distribution Of TMR or St could be measured with X-ray film dosimetry or three dimension (3D)water tanker. When using the water tanker of 3D,the ionization chamber with inner diameter 0.03 mm or the semiconductor with inner diameter less than 1 mm should be required，while using the film ,a curve of density-to-dose relation of the film should be made first and the absolute dose-data of film should be calibrated. Measuring dose-distribution should expose the film first ,then scan the data into the computer with the special radiotherapy physical digital scanner, and used 1 mm×1 mm lattice to derive 140 mm×140 mm dose distribution data.
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Key words: Micro-Multi-leaf Collimators (MMLC)；dosimetry；Physics of Radiation
微型多叶光栅立体定向适形放疗作为肿瘤放射治疗的新领域，已取得较大的进展，并逐步走向成熟。继头部γ刀、X刀之后，体部的立体定向适形放疗是在直线加速器上附加上微型多叶光栅，对瘤体实现多个共面或非共面集束照射的新方法。加速器附加上微型多叶光栅后，为准确实施治疗计划，物理数据的测量与常规相比，有特殊的要求，本文就我院开展该项工作的一些经验，总结报告如下：
1 设备与方法
适形放疗计划系统：digital 433计算机，采用Leibinger立体定向适形放疗软件包，可实现体内任何部位病变在Ficsher定位坐标系中准确定位及三维成像，直观显示三维剂量分布、体积剂量直方图等。该系统需要的物理数据主要是：组织最大剂量比(TMR)、总的散射因子(St)和射野的剂量分布。
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直线加速器：Varian-600C/D型，6MV X-线用于立体定向适形放射治疗，测量物理数据之射线源。
微型多叶光栅：德国Fisher微型多叶光栅，每片厚度1 mm，共40对80片，到等中心最大射野为64 mm×64 mm，在射野范围内可任意适形成各种形像。
Kolli For数控铣床：德国进口，用于铣各种形像的有机玻璃模块，这些模块置于微型多叶光栅内，测量不同大小射野的物理数据。
测量工具：美国CRS三维水箱，探头为0.03 cc电离室；VICDREEN 500型指头型电离室剂量仪；Kodak X-OMAT,XTL-2剂量胶片等。
1.1 测量组织-最大剂量比(TMR)曲线
在多叶光栅上分别加上从数控铣床加工出的3，5，7，……37 mm直径的圆型模和25，27，29，……37 mm的方型模。方法①三维水箱法：用0.03 cc电离室探头置于上述各适形野的中央，探头中点位于水面，探头位置不动，水面逐渐上升使探头下降到水深250 mm(采用探头下降及三维水箱相对电离室同步上升的方法进行)，则可画出TMR曲线测出TMR的数据。方法②剂量胶片法：先校准胶片密度和剂量的关系，即在100 mm×100 mm射野下，分别以0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5 Gy照片，测量后得到剂量与胶片密度的关系(见图1)； 然后，将做好标志的胶片放在水模(或等校组织密度)下，深度分别为0，2，4，10，15，20，25，……250 mm，保持源到胶片的距离为1000 mm，以1 Gy分别对各射野进行照片，测量每张胶片中心点密度值，依照密度与剂量曲线校准这些值的大小，并转换成剂量值，根据TMR定义得到TMR数据的曲线(见图2)。
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图1 胶片密度与剂量的关系曲线
图2 组织-最大剂量比(TMR)曲线
1.2 测量总散射输出因子(St)
总散射输出因子是加上微型多叶光栅后，加速器准直器和微型多叶光栅的散射因子和体模散射因子的总和，测量方法是：加速器的初级光栅保持100 mm×100 mm，100 MU，50 mm水深处，用0.03 cc电离室探头，分别测量上述各圆野和各方野的剂量值，这些值分别除以100 mm×100 mm 射野的剂量值，则得出各圆野和各方野的St。即：St=D(f)/D(10×10)
1.3 测量剂量分布
微型多叶光栅剂量分布的测量要求是：140 mm×140 mm范围内整个面的剂量分布，其间隔为1 mm2。方法①水箱法：加速器射野为100 mm×100 mm，用三维水箱在等中心最大剂量点处对射野进行扫描，扫描间隔为1 mm，扫描范围为140 mm×140 mm，即纵向140条，横向140条扫描线，则获取的数据为140×140个数据，比较这些数据的大小，则可得到该野的剂量分布数据。方法②胶片法：先做好胶片的方向标志,即左(L)-右(R)-头(H)-脚(F)(从病人仰卧于治疗床看)，在等中心最大剂量点处，以100 mm×100 mm的射野进行照片，剂量为分别为0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 cGy；测量每张胶片的密度，作出密度-剂量曲线；用放射物理专用胶片扫描仪，对1.0 cGy的胶片射野影像(大小为140 mm×140 mm)扫描输入计算机，剂量分布程序根据密度-剂量曲线可读出140×140个剂量分布数据。
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2 结果
2.1 我院Ficsher微型多叶光栅5 mm圆型模的TMR(6MV X-线)详见表1。
表1 5 mm圆型模的TMR mm
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2.2 我院Ficsher微型多叶光栏的部分总散射因子St，详见表2。
表2 总 散 射 因 子 St C3:
0.5041
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0.9508
C9:
0.8633
C19:
0.9232
C29:
0.9476
S25:
0.9431
C35:
0.9543
C11:
0.8846
, 百拇医药
C21:
0.9324
C31:
0.9477
S27:
0.9451
C37:
0.9584
C:圆形模 S：方形模
2.3 我院Ficsher微型多叶光栅5 mm圆型模中心轴R-L方向的剂量分布详见表3。
表3 5 mm圆型模R-L方向的剂量分布 mm
, 百拇医药
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
R-10
7.3
7.0
6.8
, 百拇医药
6.2
5.6
5.3
5.0
4.5
4.0
4.1
0
100.0
98.1
95.3
87.4
71.7
, 百拇医药
65.6
41.4
29.3
16.9
9.6
0
100.0
101.0
100.0
98.0
92.0
82.4
50.4
, 百拇医药
41.3
20.2
11.8
L-10
9.2
8.4
6.1
5.9
5.7
5.4
5.2
5.0
4.8
, http://www.100md.com
4.5
表中：R为射野右侧，L为射野左侧，横轴为1 mm米进制，纵轴为10 mm米进制
3 讨论
微型多叶光栅在正式投入临床使用前，需要测量各种条件下的TMR、St，和剂量分布的值。由于各台加速器具体的机械结构，调试参数和射线散射条件都有差别，所以这些参数都应仔细测量，将计算处理后的数据输入计算机获得确认，治疗计划系统才能给出准确的直线加速器的X线的输出值MU和每个层面病灶周围的剂量分布。
微型多叶光栅的范围3 mm到64 mm，在TMR测量过程中，为保证小野所测数据的准确性，必须选用灵敏度高体积足够小的探头，一般用1 mm的半导体探头或0.03 cc以下的电离室探头，对于30 mm直径以上的射野可用普通的电离室监测。如用胶片法测量时，因胶片的黑化密度与剂量的关系曲线不是直线，即胶片的黑化密度值不能直接代表剂量值，则必须校准胶片的黑化密度与剂量的关系，在操作过程中要注意使用同一批号出厂的胶片，同一条件照片，并在同一条件下冲洗胶片。因胶片法影响精度因素较多，建议用三维水箱测量TMR、St比较合适。
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剂量分布的测量最好用胶片法，胶片法测量关键是要有一台放射物理专用的胶片扫描仪，普通扫描仪不能精确分辨胶片灰阶的量值，如照射1.0 Gy的胶片，90%与95%的黑化度在普通扫描仪上没有区别，放射物理专用的胶片扫描仪比普通计算机用的扫描仪在灰阶的分辨率上要高得多。
参考文献：
1 Christopher F.Serago et al.:Tissue maximum ratios(and other parameters)of small circular 4,6,10,15and 24MV x-ray beams for radiosurgery in Phys .Med. Biol.,1993, 37(10):1943-1956.
2 Beddar A S, Mackie T R,Attix, F H. Water-Equivalent Plastic Scintillation Detector for High-energy Beam Dosimetry:Part Ⅱ. Properties and Measurements, Phys. Med. Biol.1992, 37:945-958.
, 百拇医药
3 Stereotactic Radiosurgery. Report of Task Group 42 Radiation Therapy Committee. M C. Schell (Chairman). AAPM Report No. 54. Published for the Amer. Assoc. Of Phys. In Med. By the Amer. Inst. Of Phys.1995.
4 Khan FM: The Physics of Radiation Therapy, Ed 2.Baltimore, Williams & Wilkins.1994.
5 Boyer AL: Compensating Filters for High Energy X-rays. Med. Physics.1982, 9(3): 429-433.
6 Adler, J R, Cox, R S. Preliminary Clinical Experience with the Cyberknife: Image-Guided Stereotactic Radiosurgery. Radiosurgery,1996,1:316-326.
收稿日期：1998-12-30, 百拇医药