医科达加速器多叶光栏Agility 与MLCi2 在调强放射治疗计划中的剂量学比较

葛佳林，何瑞龙，许士奇

放射治疗（简称“放疗”）是恶性肿瘤的主要治疗手段[1]。 放疗的最终目的是肿瘤靶区接受到足够的处方剂量，同时使肿瘤周围的危及器官接受尽可能小的剂量，保护周围正常组织[2]。 在现代放疗中，治疗计划系统被用于生成剂量分布，目的是最大限度地控制肿瘤和最大限度地减小正常组织并发症。其中多叶准直器（multi-leaf collimator，MLC）是用来规划不同规则的场， 它的设计特点包括叶内和叶间剂量传递小，舌槽效应小，叶片定位准确和快速，最重要的是再现性，在MLC 系统中再现性是至关重要的。 临床上不同的MLC 的叶片宽度对于不同癌症调强放疗的靶区均匀性指数（heterogeneity index，HI）和危及器官的剂量有不同的影响。 笔者研究Agility MLC 直线加速器在不同肿瘤的调强放疗计划的剂量学优势进行系统分析。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2022年1月至6月在承德医学院附属医院采用Monaco 系统的30 例肿瘤患者， 其中男性14例，女性16 例；年龄44 ～69 岁，平均年龄57.83 岁（标准差6.56 岁）；肿瘤类型，头部肿瘤5 例，颈部肿瘤5 例，胸部肿瘤5 例，乳腺癌5 例，腹部肿瘤5 例，盆腔肿瘤5 例。 30 例中包含1 例颈部双靶区患者、1例胸部双靶区患者和1 例盆腔双靶区患者。

1.2 方法

1.2.1 CT 扫描及定位

采用美国GE 公司Optima 520 型CT 进行扫描定位。对患者采用记忆体膜固定，扫描后传送到连心医疗系统（AiContour,Version 3.1.8.0）进行危及器官的自动勾画，再由连心医疗系统传至Monaco 5.11 放疗计划系统。

Monaco 5.11 放疗计划系统上导入连心医疗系统传入的图像，由放疗医生勾画出患者的靶区，检查修改自动勾画的危及器官后确认，并提出靶区目标剂量和危及器官的限量条件。

1.2.3 计划条件的设定

MLCi2 MLC 计划：选择医科达公司的Synergy 加速器，利用Monaco 计划系统进行计划设计，建立不同的MLC 叶片的机器模型进行研究， 以往病例使用叶片宽度10 mm 的MLCi2 MLC 进行放疗设计。

Agility MLC 计划：在不改变肿瘤条件限定、危及器官条件限定、射野数量、射野角度，以及计算权重的情况下，其中优化条件一致，仅改变选择的治疗机数据， 将升级前的MLCi2 的机器数据换为Agility 的治疗机数据进行优化， 再用叶片宽度5 mm 的Agility MLC 进行放疗设计。

每例患者均设计医科达Agility MLC 计划和MLCi2 MLC 计划，对计划数据进行比较。

1.2.4 计划评估

对双靶区（颈部、胸部、腹部）肿瘤患者的靶体积均匀性及孤岛野数进行对比分析；对不同肿瘤患者的靶体积均匀性和适形度做区分和综合对比；针对重要危及器官肺（V20、V30）、小肠（Dmax）和腮腺（V30、V50）的剂量进行对比分析。其中靶体积均匀性由计划靶体积HI和适形度指数（conformity index，CI）表示。HI=（D2%-D98%）/D50%；HI 越小，越接近0，表示剂量越均匀（Dx%为x%靶体积范围内接收到的绝对剂量）。CI=（计划靶体积接受处方剂量体积/计划靶体积）× （接受处方剂量的计划靶体积/接受处方剂量的整个体积），CI 越大，越接近1，表示剂量分布的适形度越好[3]。

1.3 统计学方法

采用SPSS 26（Statistical Program Social Sciences）[4]分析数据。 计量资料用均数±标准差表示，采用配对t 检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2）灌水。①萌芽前。葡萄春季根系生长、萌芽、抽梢、芽外分化及开花需要大量水分，是重要的需水临界期。应在萌芽前结合施肥灌1次水。②幼果膨大期。幼果黄豆大时，处于细胞分裂盛期，再加上新梢迅速生长和大量发新根，是需肥需水关键期，应结合施肥灌1次水。③转色至成熟期。根据土壤墒情适量膜下补水。④秋施肥后。秋施肥后灌水有利于肥料吸收、新根生长和营养积累。

2 结果

2.1 多叶准直器升级前后的参数比较

从MLCi2 MLC 升级到Agility MLC，叶片组数80对变为原来（40 对）的2 倍，叶片厚度（5 mm）变为原来（10 mm）的一半，原来的MLCi2 MLC 也能生成孤岛野，一般需要付费单独开通此功能，而升级之后的Agility MLC 生成大量的孤岛野。 这样会大大提高MLC 的雕刻能力， 可以使放疗计划更容易地达到要求，会更好地保护危及器官从而增大患者的治愈率。

2.2 孤岛野比较

由表1 可知，升级之后的Agility MLC 生成大量的孤岛野 （图1A）， 孤岛野达到总射野数的50.0 %、52.3%、55.6%。 原来的MLCi2 MLC 没有生成孤岛野（图1B）。 双靶区的剂量设计最难的地方是肿瘤之间的区域，可以形成孤岛野中间的部位会直接被叶片挡住，但是形成不了孤岛野中间总是有剂量漏出，所以孤岛野的形成会大幅度地提高双靶区的HI 和CI（表2），解决双肿瘤之间的放射剂量。

表1 双靶区患者两种治疗计划的孤岛野个数Tab. 1 Comparison of isolated fields with dual-target between 2 treatment plans

表2 两种治疗计划的双靶区患者的靶体积HI 和CI 比较Tab.2 Comparison of target HI and CI in dual-target between 2 treatment plans

图1 两种MLC 孤岛野图Fig.1 Images of isolated fields by 2 MLC

2.3 两种治疗计划剂量学比较

2.3.1 靶体积均匀性

不同肿瘤的HI 和CI，其中可以得知Agility MLC计划所有部位的肿瘤的CI 的均数和偏差均大于MLCi2 MLC 计划，Agility MLC 计划所有部位肿瘤的HI的均数均小于MLCi2 MLC 计划。 其中腹部肿瘤的HI、CI 和乳腺肿瘤的CI 的两种治疗计划差异有统计学意义（P＜0.05）。 对30 例患者进行总体评估发现，两组HI、CI 差异均有统计学意义（P＜0.05）。 见表3。

表3 不同肿瘤的靶体积HI 和CI 比较Tab.3 Comparison of target HI and CI in different tumors

腹部肿瘤（蓝色线）与危及器官（粉色线）会有相邻或者微小的重叠，所以对于腹部肿瘤与危及器官的相邻区域内既要保证肿瘤的剂量也要保护危及器官。 由图2分别显示了两种治疗计划下小肠与肿瘤重叠区域对于处方剂量曲线的影响[（红色线为处方剂量曲线，蓝色为计划靶体积，边缘粉色为危及器官小肠]，可知Agility MLC在肿瘤与危及器官的相邻区域有更好的剂量曲线。

图2 1 例腹部肿瘤患者两种治疗计划下小肠与腹部肿瘤重叠区域处方剂量线Fig.2 Images of prescription dose line of small intestine and abdominal tumor by 2 treatment plans in 1 patient with abdominal tumor

2.3.2 危及器官剂量

对于胸部肿瘤重要的危及器官是肺，对于腹部肿瘤重要的危及器官是小肠，对于颈部肿瘤要保护好腮腺。 分别对两种治疗计划肺的V20、V30，小肠的最大剂量（Dmax）及腮腺的V30、V50进行剂量学比较。其中两种治疗计划的肺V20、小肠Dmax、腮腺V50差异均有统计学意义（P＜0.05）。 见表4。

表4 两种治疗计划的重要危及器官的剂量学比较Tab.4 Dosimetric comparison of important organs at risk between 2 treatment plans

3 讨论

现阶段，Agility MLC 广泛应用在放疗领域之中，它的机动性、精确度和雕刻能力均要远远高于MLCi2 MLC，不仅可以给予靶区更好的剂量，还可以更好地保护危及器官，可以降低治疗计划的优化难度，患者可以得到更精准的治疗。

2022年李喜红[3]研究了MLC 叶片宽度对肺癌调强放疗剂量学的影响，得出针对开展调强放疗的肺癌患者给予5 mm 叶片宽度的加速器能提高靶体积适形度，促进预后。 2016年张国峰等[5]探究了MLC 叶片宽度对容积旋转调强放疗 （volumetric modulated arc therapy，VMAT）剂量分布的影响，得出VMAT 临床应用中，应根据肿瘤靶体积大小及其与危及器官的位置关系，合理选择MLC 叶片厚度以达到最佳疗效。张富利等[6]研究了不同类型MLC 对左侧乳腺癌保乳术后VMAT 技术剂量分布的影响， 得出Agility MLC 的VMAT 计划靶体积剂量分布最佳，危及器官的受照体积也最低，而且实施效率最高。马天斌等[7]研究两种规格（等中心处投影0.5 cm 和1.0 cm）MLC 在鼻咽癌调强放疗计划中的区别， 从剂量学方面探究MLC 的宽度对患者靶区和危及器官的影响， 得出0.5 cm MLC在鼻咽癌调强放疗计划中能有效提高靶体积适形度和均匀性， 也能有效降低部分危及器官受照剂量，可以更好地保护与靶体积邻近或有重叠的一些危及器官。 2016年黄娜等[8]研究了应用美国医学物理学家协会（American Association of Physicists in Medicine，AAPM） 标准模体评估MLC 宽度对VMAT 计划的影响， 得出对严苛限值目标来说Agility MLC 更容易达到目标。朱凤盈等[9]研究了最小子野面积与MCL 叶片到位对剂量分布影响。 在以上研究的基础上，笔者试验进一步表明Agility MLC 不仅对头、胸、腹等各个部位的肿瘤放疗有明显的剂量学优势，而且对双靶区的治疗计划设计也有明显的剂量学优势。

肿瘤及周边组织结构复杂，且肿瘤多为不规则形状， 这样就会造成对于剂量应有准确的数值进行限定，MLC 就是为了精确剂量的限定。 笔者研究在两种治疗计划模式下，射线参数、计划目标及优化条件均相同。由于MLC 叶片宽度及性能的不同，两种治疗计划的肿瘤区域的HI 和CI 数值差异均有统计学意义。试验选取了人体中不同部位的肿瘤进行研究，结果显示Agility MLC 在头部、胸部、腹部、颈部、盆腔及乳腺部位肿瘤的均匀性和适形度优于MLCi2 MLC。 尤其是腹部肿瘤的优势更加明显，原因是由于肿瘤与危及器官有重叠区域，Agility MLC 会更好地处理这样的问题， 在保证肿瘤区域的剂量且保护了危及器官，图像对比得知在相邻和重叠区域处方剂量曲线更加贴合肿瘤的形状，有更好的剂量梯度，这是腹部优势更明显的原因。在30 例病例之中有3 例双靶区患者，对于此类患者， 肿瘤之间的区域是设计最难的地方，如可以形成孤岛野中间的部位会直接被叶片挡住，如不能形成孤岛野中间总是有剂量漏出，所以孤岛野的形成会大幅度地提高双靶区的均匀性和适形度，Agility MLC 可生成大量的孤岛野， 据统计孤岛野的数量平均达到了一半以上，孤岛野可以大幅度地提高肿瘤区域的雕刻能力， 不仅对双靶区的剂量雕刻有优势，同时对复杂形状靶体积的剂量雕刻也有明显提高，达到了提高肿瘤的适形度、 降低危及器官受照剂量的效果。 笔者试验通过对胸部肿瘤、颈部肿瘤的危及器官研究表明，危及器官肺V20、小肠的Dmax及腮腺的V50均有更低的剂量， 可见Agility MLC 不仅可以使肿瘤区域有更好的均匀性和适形度，而且也可使危及器官的剂量数值降低。

综上所述，Agility MLC 相对于MLCi2 MLC，对于不同的肿瘤在放疗计划设计上具有较大优势，可更好地保护危及器官，保证肿瘤的适形度与均匀性。