应用多叶光栅实现立体定向适形放射治疗
作者：陈超敏 周凌宏 徐子海
单位：作者单位：陈超敏 周凌宏 第一军医大学生物医学工程系，广州，510515；徐子海 解放军第303医院放疗中心，南宁，530021
关键词：多叶光栅；立体定向；适形放疗
应用多叶光栅实现立体定向适形放射治疗摘要：目的 为最大限度地达到照射野与肿瘤的截面的形状一致，增大肿瘤照射剂量和提高治疗增益比。方法 它运用新型手动多叶光栅系统产生与肿瘤轮廓投影形状一致的射束形状，通过靶点定位框实现对体部的肿瘤的精确定位和分次、大剂量、多角度的非共面适形照射。结论 它可实现真正意义上的适形放射治疗，因而能更好地控制肿瘤的发展。也可单次给出肿瘤致死剂量，并最大限度地保护正常组织起到外科手术的效果。
中图分类号：R815.2
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Application of hand multileaf collimator for stereotactic conformal radiotherapyChen Chaomin1, Zhou Linhong1, Xu Zihai2
1Department of Bioengineering, First Military Medical University, Guangzhou, 510515; 2Center of radiation of Oncology, The 303 Hospital of PLA, Nanning, 530021Abstract: Objective To tailor the tumourcidal dose envelope to a target volume and to deliver as low a radiation dose as possible to all other normal tissues. Method Based on a target location frame system and a new handy multi-collimator system, that tumor location and beam shaping at the time of treatment is accurately accomplished. Conclusion The stereotactic conformal radiotherapy can be achieved by applying hand multileaf collimator, which deliver high radiation dose to the target tissue and low radiation dose to the other normal tissues.
, 百拇医药
Key words: handy multileaf collimator; target location; conformal radiotherapy
肿瘤的放射疗法通常被认为是一种辅助和姑息治疗方法，除少数肿瘤外，人们对用这种疗法治愈病灶没有太多期望。我国由于病人较多，没有条件全面进行传统的静态多射野适形照射，照射增益比普遍较低，单次照射剂量不高，因而导致肿瘤局部控制能力较差。用多叶光栅实现高效的适形放疗(光子刀)可大大提高治疗增益比，可开出更高的单次处方剂量，因而能更好地控制肿瘤的发展，也可单次给出肿瘤致死剂量，起到外科手术的效果。
1 适形放射治疗的原理与组成
适形放射治疗(Stereotactic conformal radiotherapy)就是应用多叶光栅将直线加速器产生的X线进行射束成形，产生与肿瘤轮廓投影形状一致的射束形状，对体部的肿瘤进行分次、大剂量、多角度的非共面适形照射。其适应症广泛，可治疗肺癌、原发性及转移性肝癌、胰腺癌、肾及肾上腺肿瘤、子宫及输卵管等妇科癌症，特别适合各种实质性脏器肿瘤常规放疗后的计量升级。适形放疗系统(光子刀)由体部靶点定位、框重复性保证系统、治疗计划系统和手动多叶光栅系统组成。
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1.1 体部靶点定位框 体部靶点定位框(Body target frame)的作用是建立稳定的三维参考坐标系，采用附着标志物，通过特定的算法，确定肿瘤相对于体部定标框的三个坐标值。
1.2 重复性保证系统 病人由一种真空垫支撑。当其半充气时，气垫可以容易地塑成病人的体部轮廓。当气垫通过快速释放阀被抽成真空时，内充泡沫贴紧使气垫变成坚硬且与病人体型一致的模型，提供牢固的定位坐标基准并保证分次治疗过程中准确的可重复定位。
采用这种方法，体架内壁只需承受真空气垫的压力，病人软组织和体架的很大一部分接触面积被用来获得病人的重复性定位。治疗时应用腹部加压的方法，在患者的腹部施加一定的压力，减小膈肌的运动，进而减小体内器官的运动。
1.3 治疗计划系统 治疗计划制定原则与颅内病灶的放射外科相似，即病灶中心相对高剂量。这一原则在多射束，大角度照射时更显其优越性。治疗技术通常为6～8个固定的非共面射束，从射线入射视野决定每一束射线的剂量。治疗计划系统提供与治疗有关的各种参数，包括靶点坐标、机架角、床角、剂量和多叶光栅的叶片位置等参数。
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2 手动多叶光栅系统的原理与结构
2.1 多叶光栅结构与组成 利用多叶光栅钨叶的伸缩运动使得射线束的截面形状吻合病灶的投影形状。经过等中心照射，在病人体内形成一高剂量区，且空间形状正好与病灶体积一致[1]。靶区获得最大的照射剂量，同时尽量减低周围正常组织的照射剂量，以达到精确的适形性放疗。
图1所示该系统由有机玻璃盖板、钨叶固紧螺钉、叶片推拉把手、联接底板、箱体等组成。联接底板上开有凹槽，钨叶可在凹槽中滑动，箱体上有钨叶固紧螺钉可固定在凹槽中滑动的叶片。叶片尾部安有推拉把手，用于移动钨叶。图2所示多叶光栅的叶片是由钨合金制成，叶片为凹凸结构，以防射线从结合面泄漏。钨叶移动范围可以越过中线。多叶光栅的叶片愈多，愈可以获得连续均匀变化的和肿瘤轮廓投影相近的辐射野(图3)。
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图1 手动多叶光栅系统的结构
Fig.1 Structure of multi-collimator
图2 多叶光栅钨叶的结构
Fig.2 Structure of the tungsten leaf
图3 不规则的照射野的形成
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Fig.3 Form of irregular radiation field
该系统结构简单，整机仅15 kg重，和直线加速器联接极为方便。其最大照射野(加速器机头端面处)为80 mm´ 80 mm，钨叶最大过中行程为20 mm。钨叶数量为20对，共40片。
2.2 多叶光栅使用方法 手动多叶光栅系统形成不规则的照射野有两种方法，一种是将肿瘤的不规则照射野通过计算机将其打印在透明蜡纸上，再将其贴在手动多叶光栅系统的有机玻璃盖板上，再分别调节每一块钨叶的位置，使钨叶开口形状最大程度接近肿瘤的不规则照射野，最后锁紧所有固紧螺钉。另一种是首先将打印有肿瘤的不规则照射野形状的白纸贴在有机玻璃上，然后用线锯将其割成所需的形状。拉开所有钨叶将该有机玻璃平塞进钨叶中间，再将所有钨叶推至紧压住有机玻璃边缘，然后锁紧所有固紧螺钉，便可形成各种所需不规则的照射野的形状。
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3 应用手动多叶光栅实现立体定向适形放射治疗步骤
(1)将患者连同体部靶点定位框一起实施CT扫描，获取带有定位标志的CT图像。(2)CT图像数据通过直接传输、光盘或由胶片扫描仪输入三维治疗计划软件系统进行治疗计划设计。(3)输出治疗计划单，包括靶点坐标、机架角、床角、剂量和多叶光栅的叶片位置等参数。(4)根据加速器不同的机架位置和治疗计划单提供的多叶光栅的叶片坐标，移动多叶光栅的叶片，形成各种所需不规则的照射野的形状。(5)患者连同体部靶点定位框一起在加速器室做放射治疗。(6)再次治疗时使用固定成型的真空垫及X、Y、Z方向复位校验后，实施分次治疗[2]。
4 结论
4.1 利用手动多叶光栅系统可以很方便地实现普通不规则野的照射，替代使用常规挡块或手工用低熔点合金制作不同形状特殊挡块的传统方法，节省时间和费用，提高放射治疗的效果，更有效地保护肿瘤周边正常组织。
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4.2 该手动多叶光栅系统先后在南宁303等医院临床试用，试用效果表明，无论是在体部X刀治疗中，还是做普通的常规放疗，可迅速方便按要求调节至指定形状，未检测出任何射线泄漏。
作者简介：陈超敏，男，1988年毕业于华中理工大学；硕士，讲师；电话85148498
参考文献
1 Webb S. The physics of the three-dimensional radiation therapy. New York: Medical Science Series. 1993, 218～241
2 陈炳桓. 立体定向放射神经外科学. 北京：北京出版社, 1994. 6～16
(收稿日期：1998-12-31), 百拇医药
单位：作者单位：陈超敏 周凌宏 第一军医大学生物医学工程系，广州，510515；徐子海 解放军第303医院放疗中心，南宁，530021
关键词：多叶光栅；立体定向；适形放疗
应用多叶光栅实现立体定向适形放射治疗摘要：目的 为最大限度地达到照射野与肿瘤的截面的形状一致，增大肿瘤照射剂量和提高治疗增益比。方法 它运用新型手动多叶光栅系统产生与肿瘤轮廓投影形状一致的射束形状，通过靶点定位框实现对体部的肿瘤的精确定位和分次、大剂量、多角度的非共面适形照射。结论 它可实现真正意义上的适形放射治疗，因而能更好地控制肿瘤的发展。也可单次给出肿瘤致死剂量，并最大限度地保护正常组织起到外科手术的效果。
中图分类号：R815.2
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Application of hand multileaf collimator for stereotactic conformal radiotherapyChen Chaomin1, Zhou Linhong1, Xu Zihai2
1Department of Bioengineering, First Military Medical University, Guangzhou, 510515; 2Center of radiation of Oncology, The 303 Hospital of PLA, Nanning, 530021Abstract: Objective To tailor the tumourcidal dose envelope to a target volume and to deliver as low a radiation dose as possible to all other normal tissues. Method Based on a target location frame system and a new handy multi-collimator system, that tumor location and beam shaping at the time of treatment is accurately accomplished. Conclusion The stereotactic conformal radiotherapy can be achieved by applying hand multileaf collimator, which deliver high radiation dose to the target tissue and low radiation dose to the other normal tissues.
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Key words: handy multileaf collimator; target location; conformal radiotherapy
肿瘤的放射疗法通常被认为是一种辅助和姑息治疗方法，除少数肿瘤外，人们对用这种疗法治愈病灶没有太多期望。我国由于病人较多，没有条件全面进行传统的静态多射野适形照射，照射增益比普遍较低，单次照射剂量不高，因而导致肿瘤局部控制能力较差。用多叶光栅实现高效的适形放疗(光子刀)可大大提高治疗增益比，可开出更高的单次处方剂量，因而能更好地控制肿瘤的发展，也可单次给出肿瘤致死剂量，起到外科手术的效果。
1 适形放射治疗的原理与组成
适形放射治疗(Stereotactic conformal radiotherapy)就是应用多叶光栅将直线加速器产生的X线进行射束成形，产生与肿瘤轮廓投影形状一致的射束形状，对体部的肿瘤进行分次、大剂量、多角度的非共面适形照射。其适应症广泛，可治疗肺癌、原发性及转移性肝癌、胰腺癌、肾及肾上腺肿瘤、子宫及输卵管等妇科癌症，特别适合各种实质性脏器肿瘤常规放疗后的计量升级。适形放疗系统(光子刀)由体部靶点定位、框重复性保证系统、治疗计划系统和手动多叶光栅系统组成。
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1.1 体部靶点定位框 体部靶点定位框(Body target frame)的作用是建立稳定的三维参考坐标系，采用附着标志物，通过特定的算法，确定肿瘤相对于体部定标框的三个坐标值。
1.2 重复性保证系统 病人由一种真空垫支撑。当其半充气时，气垫可以容易地塑成病人的体部轮廓。当气垫通过快速释放阀被抽成真空时，内充泡沫贴紧使气垫变成坚硬且与病人体型一致的模型，提供牢固的定位坐标基准并保证分次治疗过程中准确的可重复定位。
采用这种方法，体架内壁只需承受真空气垫的压力，病人软组织和体架的很大一部分接触面积被用来获得病人的重复性定位。治疗时应用腹部加压的方法，在患者的腹部施加一定的压力，减小膈肌的运动，进而减小体内器官的运动。
1.3 治疗计划系统 治疗计划制定原则与颅内病灶的放射外科相似，即病灶中心相对高剂量。这一原则在多射束，大角度照射时更显其优越性。治疗技术通常为6～8个固定的非共面射束，从射线入射视野决定每一束射线的剂量。治疗计划系统提供与治疗有关的各种参数，包括靶点坐标、机架角、床角、剂量和多叶光栅的叶片位置等参数。
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2 手动多叶光栅系统的原理与结构
2.1 多叶光栅结构与组成 利用多叶光栅钨叶的伸缩运动使得射线束的截面形状吻合病灶的投影形状。经过等中心照射，在病人体内形成一高剂量区，且空间形状正好与病灶体积一致[1]。靶区获得最大的照射剂量，同时尽量减低周围正常组织的照射剂量，以达到精确的适形性放疗。
图1所示该系统由有机玻璃盖板、钨叶固紧螺钉、叶片推拉把手、联接底板、箱体等组成。联接底板上开有凹槽，钨叶可在凹槽中滑动，箱体上有钨叶固紧螺钉可固定在凹槽中滑动的叶片。叶片尾部安有推拉把手，用于移动钨叶。图2所示多叶光栅的叶片是由钨合金制成，叶片为凹凸结构，以防射线从结合面泄漏。钨叶移动范围可以越过中线。多叶光栅的叶片愈多，愈可以获得连续均匀变化的和肿瘤轮廓投影相近的辐射野(图3)。
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图1 手动多叶光栅系统的结构
Fig.1 Structure of multi-collimator
图2 多叶光栅钨叶的结构
Fig.2 Structure of the tungsten leaf
图3 不规则的照射野的形成
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Fig.3 Form of irregular radiation field
该系统结构简单，整机仅15 kg重，和直线加速器联接极为方便。其最大照射野(加速器机头端面处)为80 mm´ 80 mm，钨叶最大过中行程为20 mm。钨叶数量为20对，共40片。
2.2 多叶光栅使用方法 手动多叶光栅系统形成不规则的照射野有两种方法，一种是将肿瘤的不规则照射野通过计算机将其打印在透明蜡纸上，再将其贴在手动多叶光栅系统的有机玻璃盖板上，再分别调节每一块钨叶的位置，使钨叶开口形状最大程度接近肿瘤的不规则照射野，最后锁紧所有固紧螺钉。另一种是首先将打印有肿瘤的不规则照射野形状的白纸贴在有机玻璃上，然后用线锯将其割成所需的形状。拉开所有钨叶将该有机玻璃平塞进钨叶中间，再将所有钨叶推至紧压住有机玻璃边缘，然后锁紧所有固紧螺钉，便可形成各种所需不规则的照射野的形状。
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3 应用手动多叶光栅实现立体定向适形放射治疗步骤
(1)将患者连同体部靶点定位框一起实施CT扫描，获取带有定位标志的CT图像。(2)CT图像数据通过直接传输、光盘或由胶片扫描仪输入三维治疗计划软件系统进行治疗计划设计。(3)输出治疗计划单，包括靶点坐标、机架角、床角、剂量和多叶光栅的叶片位置等参数。(4)根据加速器不同的机架位置和治疗计划单提供的多叶光栅的叶片坐标，移动多叶光栅的叶片，形成各种所需不规则的照射野的形状。(5)患者连同体部靶点定位框一起在加速器室做放射治疗。(6)再次治疗时使用固定成型的真空垫及X、Y、Z方向复位校验后，实施分次治疗[2]。
4 结论
4.1 利用手动多叶光栅系统可以很方便地实现普通不规则野的照射，替代使用常规挡块或手工用低熔点合金制作不同形状特殊挡块的传统方法，节省时间和费用，提高放射治疗的效果，更有效地保护肿瘤周边正常组织。
, 百拇医药
4.2 该手动多叶光栅系统先后在南宁303等医院临床试用，试用效果表明，无论是在体部X刀治疗中，还是做普通的常规放疗，可迅速方便按要求调节至指定形状，未检测出任何射线泄漏。
作者简介：陈超敏，男，1988年毕业于华中理工大学；硕士，讲师；电话85148498
参考文献
1 Webb S. The physics of the three-dimensional radiation therapy. New York: Medical Science Series. 1993, 218～241
2 陈炳桓. 立体定向放射神经外科学. 北京：北京出版社, 1994. 6～16
(收稿日期：1998-12-31), 百拇医药