标题：多叶准直器
多叶准直器的概念
英文名字：multi-leaf collimator （简称MLC）
2000年，IEC60976标准对IEC976、IEC977都进行了修正，主要就是增加了有关多叶准直器的内容。
多叶准直器的类型
按照多叶准直器运动方式，多叶准直器有手动及电动两类，后者的功用远大于前者，是主要的形式；手动多叶准直器是通过手动驱动每个叶片，达达到到调整辐射野轮廓的目的；电动多叶准直器是通过计算机控制多个微型电机独立驱动每个叶片单独运动，达到射野动态或静态成形的目的。
多叶准直器通常还需与辐射头的次级准直器配合使用，因此按照多叶准直器的安装方式分，有外置式与内置式两种。
因为对于大部分不同形状和大小的靶区，一般只有少部分叶片处于有效射野的范围之内，而其余的那些处于有效射野范围之外的叶片应该是左右成对地合在一起，以防射线泄漏。但是，为避免成对叶片相对碰撞引起机械损伤等故障，通常留有少许间隙。这样，就必须对加速器常规治疗准直器规定一个相对有效射野的最小外接矩形野，使之既可屏蔽有效射野外各对未完全闭合叶片端面间歇的漏射线，又能遮挡相邻叶片之间微小外接矩形野，并将相应的控制数据传输给对应的控制系统，从而实现最小矩形野和MLC有效射野的自动设置及跟随。适形野外成对叶片间无漏射者则无需如此。
多叶准直器的结构特点
从多叶准直器问世直到现在，多叶准直的结构设计就一直在改进、完善。为适应各种不同的功能和用途，世界各国先后推出多种结构形式的多叶准直器。纵观其历史发展，多叶准直器主要是围绕着提高适形度、减小透射半影、降低漏射、适应动态与动态楔形板等高级功能展开的。例如叶片对数由少到多、叶片宽度由大到小；最大照射野按需要向大和小两端发展；聚焦方式由无聚焦到单聚焦或双聚焦；相邻叶片之间由平面接触到凹凸插合；对侧叶片由不过中线到过中线且行程由小到大等。再加上独立驱动机构硬件的快速开发，使得MLC系统功能大增，逐渐向满足临床应用要求、降低造价、便于加工、操作简便、高可靠、低故障的方向迅速发展。
叶片的宽度直接决定了多叶准直器所组成的不规则野与计划靶体积（PTV）形状的几何适合度（适形度）；叶片越薄，适形度越好，但加工也较困难，驱动电机等机构越多且复杂，造价相应提高，因此必须在适形度和造价之间作合理的折中选择。
叶片的高度必须能将原射线和辐射强度削弱到点5%以下，即至少需4。5个半值厚度。由于需保持叶片间低阻力的相对动态移动，叶片间常有一些漏射线，会降低叶片对原射线的屏蔽效果，叶片高度需适当加厚，一般不少于5cm厚的钨合金。如果将漏射线剂量降到2%以下，通常需7.5cm的钨合金厚度。
叶片纵截面的设计需考虑两个因素：
A． 要保证相邻叶片间和相对叶片合拢时的漏射剂量最小，这就决定了叶片的侧面多采用凹凸槽相互镶嵌的结构。凹凸槽的位置可加工在叶片高度的中部，但由于这种结构要求加工精度高、技术难度大，使用中有时发现个别叶片因运动阻力大而发生故障，所以后来不少厂家生产的叶片采用了台阶式结构。
B． 叶片的底面和顶面必须在与运动方向垂直的平面内会聚到X射线靶的位置，这就决定了叶片的横截面应是梯形结构，即底面的宽度应大于顶面的宽度，使得任何一个叶片都与从源（靶）辐射出且通过此面的射线平行。加工使所有叶片都在以辐射源为圆心，以辐射源到叶片底面距离为半径的圆周上运动，就可构成无穿射半影的双聚焦结构。
为了减少叶片端面对射野半影的影响，叶片端面的设计尤其重要。通常有两种设计类型；弧形端面和直立端面。采用弧形设计后，在叶片沿垂直于射线中心轴方向运动的任何位置，都能使原射线与端面相切。采用弧形端面可能使射野的半影增大，而且半影的大小会随叶片离开射束中心轴的位置而变化，但如果合理地选择端面的曲率半径，可在叶片的全部直线运动行程中，使射线与端面的切弦长度近似保持不变，这样就可使射野半影基本上不随叶片位置变化而保持常数。
采用直立端面设计时，叶片可有两种运动方式：
A． 叶片沿以X射线源（靶）为中心的圆弧形轨迹运动。这时无论处于任何位置，其端面总是与原射线相切。
B． 如果叶片沿垂直于射束中心轴方向的直线轨迹运动，则叶片在达到指定位置后必须自转一个小角度，以便使其直立端面与原射线的扩散度相切。由于叶片多，这种转角设计在技术上有一定的难度。
（1） 无聚焦结构
早期的MLC主要是用于头部和病体小病变的微型MLC，大都是无聚焦的叶片平移结构。这种叶片上下左右等厚，叶片全部采用平移运动，叶片上下所组成的射野大小和形状相同，不能消除穿射半影。对小野，因射线束的张角很小，影响不大；但对大野，会造成临床不能接受的较大半影。
（2） 单聚焦结构
这种结构使所有叶片都在以辐射源为圆心，以辐射源到叶片底面距离为半径的圆周上运动，使叶片的端面始终与射线束平行，消除了叶片运动方向上的穿射半影。但在垂直于叶片运动的方向上，因叶片上下等宽度，所以还是有穿射半影。1996年以前生产的用于体部的大型MLC（40cm×40cm为最大射野）大都是这种单聚焦结构。
（3） 双聚焦结构
对于安装在无聚焦二级准直器治疗机上的MLC，有必要采取双聚焦结构。双聚焦结构是将单聚焦结构的MLC的每一个叶片在宽度方向加工成非等宽的发散状，端面呈现梯形上小下大，每个端面的向上延长线都应相交于放射源点。换言之，必须使每个叶片的双侧面和端面在任何位置都始终与其相邻的射线束平行。这种结构装在任何治疗机上都能消除穿射半影。当然，消除半影的聚焦设计与MLC的安装高度有关，还要考虑电路连接、配重、结构空间、驱动控制等多种因素。由于加速器机头的结构复杂，设计要求高，对已在用加速器机头的改造会产生多种困难，所以，除中小型附加外挂式MLC之外，多叶准直器的双聚焦和叶片结构国内外的大型MLC大都是由加速器厂家配套生产的。
（4） 防漏射结构
临床应用要求每个叶片独立运动灵活，磨擦力小，相邻叶片之间不能挤靠太紧，但贴得太松又容易引起射线泄露。为解决这一矛盾，可将每个叶片加工成一面带凹槽，另一面带凸榫，使相邻两片之间以槽榫凹凸迭合，利用射线只能直线传播的特点获得很好的防漏射效果。这种槽榫凹凸结合既不必太紧，也不必太深。有的公司的MLC由40对钨合金组成，叶片厚度7.5cm，在等中心平面上的投影宽度为1.1cm，相邻叶片的槽榫凹凸重叠厚度在等中心平面投影只有0.1cm，所以相邻叶片的投影中心距离为1.0cm。其漏射率可确保小于2%。
（5） 过中线设计
随着MLC用途的进一步开发，动态非线性楔形野、动态调强及逆向设计为各种不同形状和复杂剂量分布射野的高级应用技术越来越多，常常要求成对的叶片从最远的一端一前一后以不同的变速度同向运动到另一端。因此，叶片运动的过中线行程是实现高性能适形强照射法的必要条件，并成为衡量现代MLC功能强弱的重要指标之一，要求叶片的过中线行程应尽可能大，一般不应小于12cm。
多叶准直器叶片的控制要点
为使每个叶片随时分别到达准确的位置，各生产厂家采用了不同的叶片控制方式，但都必须包括三项内容：
A． 叶片位置的监测
包括使用机械限位开关监测叶片的开关状态，光学摄像系统，线性编码器等。
B． 叶片控制逻辑
包括控制叶片的开关状态、叶片位置、叶片运动速度和剂量补偿等。
C． 叶片运动到位机构
采用数字方式或模拟方式控制叶片的到位。
（1） 叶片位置的监测 
为确保叶片安全、可靠地到位，必须定时监测叶片的位置。对于开关式准直器，是使用机械限位开关来监测叶片的开关（ON、OFF）状态，另一种较常用的方法是用高精度的线性电位器作为线性编码器，它具有很好的线性度和精度，但因为接线太多、占据空间较大，一旦电位器出现问题，在结构紧凑的MLC中较难查找故障，必须用高可靠、高质量的电位器；还有一种监测方法是用光学摄像法：它是在加速器治疗头内的原射野灯光系统中增设一个分光镜，把MLC上端面反射回来的光线经分光镜反射到MLC的位置接收器。较常用的接收器是CCD摄像机，它将视频信号转换成数字信号后，送给MLC控制器中的图像处理器，即可监MLC的叶片位置。这种光学摄像系统的优点是：可实时显示MLC的叶片位置、接线少、空间分辨率高、位置线性度好。但CCD摄像机不耐辐射，需经常更换。
（2） 叶片位置的控制
叶片位置的确定和控制到位是实现MLC功能的先决条件。叶片位置应与它拟形成的射野的边界相一致。线性编码电位器或光学摄像系统所记录或显示的叶片位置应相当于灯光野的大小，也必须是实际射线野的大小。对直立端面的双聚焦型MLC，因其端面总是与射线扩散相平行，所以其射击野的校对方式与常规方法相同，但对弧形端面的MLC叶片，因为灯光指示的是端面切点的位置而不是原射线强度被削弱50%的位置，致使情况变得复杂。好在计算和实践业已证明：在使用的射野范围内，灯光野和射线野之间的最大差别不超过1mm。在有的MLC上，采用缩短光源到等到中心距离1cm（SAD=99cm）的措施，将灯光野的指示范围稍加扩大，即可使之与射线野符合，但这时下叶准直器的灯光野会比射线野略大。为解决之，在下叶准直器的上端面附加一对薄铝片消光器，是两者相符。
以上方法解决了等中心层面灯光和射线野的不符合问题，但对非标称源皮距的照射还是会有误差，因此在有的设计中，是将射线野大小与MLC叶片的对应位置都列成表格存入MLC控制微机中，只要指导处方射野的大小，就可得到叶片应运动到的位置。叶片运动控制逻辑中还可根据治疗需要（如是否调强）来控制叶片运动的速度、相对叶片和相邻叶片之间的碰撞问题等。
（3） 叶片驱动机构
对于开关型MLC，通常采用活塞气动式控制，可使叶片快速进入开、闭状态；对于非开关型的标准MLC，一般都采用微型电机驱动，并通过丝杠将电机的旋转运动变成叶片的直线运动。叶片的运动速度可设计在大约0.2-50mm/s范围，常用的速度是1-2cm/s
（4） 叶片位置的校对
叶片位置的校对是保证叶片精确到位的重要措施。它是把来自CCD摄像机的像素信号或来自线性电位器的电压信号与叶片的位置进行一对一的校对，并定期重复进行。各公司生产的MLC自校对系统也各不相同，有的MLC系统中，是预置一与MLC运动方向垂直的窄长的红外线束。当驱动MLC时，叶片就自动跨越它，叶片截取红外线的宽度后与叶片位置的编码信息进行比较，按预先列出的几何关系计算公式定标后存入MLC控制计算机的相应表格中；有的MLC是在治疗头内预置了4个固定参考反射器，构成一个固定的参考射野框架，校对时只需要用胶片对一组预置缺省射野进行照射，用胶片法进行MLC射野的刻度。
（5） 治疗准直器或后备准直器的自动跟随
治疗或后备准直器的自动跟随是为了屏蔽相对叶片和相邻叶片之间的泄漏射线。除用后备准直器跟随外，有的采用标准的加速器治疗准直器进行跟随。跟随准直器的位置应由相应MLC叶片的当前位置的编码信号进行控制。
MLC的用途
多叶准直器开发的主要目的是实现适形放疗。但由于其机械结构方面的优良性能和计算机自动化控制下精确运动的灵活多样性，使其具备了多种潜在功能。
最简单的例子是取代常规实心挡块。事实上，在放射治疗中。特别是有些大野、部分术后放疗等，只需要少数加挡块的固定野。例如，大面积斗篷野、锄形野、面颈联合野、品字野、表浅肿瘤的电子线单向固定野、规范放疗中的对穿野和三野交角照射等。这种静止固定野照射，对挡块没有动态控制的要求，用手动MLC和具有精确的位置控制功能的MLC都可容易地完成。
无论是经模拟定位获得的定位胶片或是体表标志射野，只要按比例描出射野的形状和等中心点（或坐标原点），用数字化仪或扫描仪输入与MLC配合使用的三维治疗计划系统，该系统很快就可用编辑好的数据文件去驱动MLC的各个叶片，形成所需要的适形挡块野形状。