医科达MRI-linacUnity的射线性质

医科达MRI-linacUnity的射线性质
磁共振影像引导的放射治疗在放疗领域可谓⼀⼤发展⽅向及热点。

磁共振影像设备(MRI)和直线加速器(Linac)分别独⽴地被⽤于肿瘤治疗已有多年的历史，磁共振影像系统可提供清晰的软组织影像，并且它的功能影像可以⽤于对治疗响应的评估。

⽽直线加速器可以进⾏⾼精准的肿瘤放射治疗。

通常，加速器采集影像时意味着患者要接受额外的辐射剂量。

但MRI-Linac的出现则完全改变了这种情况。

磁共振和直线加速器这两个强⼤但“⽔⽕不容”的机器集成于⼀⾝，让医疗⼈员可以在肿瘤放射治疗过程中实时追踪和监控肿瘤运动，并且具有潜在的对治疗响应进⾏实时追踪的能⼒，且患者不会受到任何的额外剂量。

MRI-Linac机器主要有四家在做：
1. 医科达(Elekta)的 Unity (1.5 T)，
2. ViewRay的MRIdian (0.35 T),
3. The Australian MRI-Linac program (1.0 T)
4. MagentTx Aurora-RT (0.5 T)
全球不少实⼒雄厚的医院已经装备或开始配置MRI-Linac，其中医科达Unity最先进⼊国内。

笔者蛮欣赏它的⼴告词“Unity - Two worlds, one future”，⾔简意赅⼜切⼊本质。

Courtesy of Elekta
本⽂基于Woodings 2018年在PMB上发表的⽂章来为⼤家解读Unity的射线性质，有兴趣的朋友可阅读原⽂。

Unity的MRI部分由飞利浦提供，和飞利浦的Ingenia系统⾮常相似，场强1.5 T，孔径70厘⽶。

Unity加速器只产⽣⼀种射束，为7MV⽆平坦滤器(FFF)的光⼦射线。

加速器部件安装在核磁外部的导轨上，源轴距(SAD)较长，为143.5厘⽶。

剂量率为425 MU/min。

两机器从“⽔⽕不容”经过复杂精巧的⼯程学设计，达到严格的磁场兼容与磁场均匀，很多时候取的不是最优⽽是中间的平衡。

Courtesy of Elekta
磁场与射野
主磁场的⽅向指向床尾，磁⼒线何时候都与射线垂直。

磁场的洛伦兹⼒作⽤于带电的⼆次电⼦，电⼦会被这个⼒拉向与其当前运动和磁场正交的⽅向，产⽣电⼦返回效应(electron returning effect)，扰乱了剂量沉积的⽅式。

这在射束内和外的影响较⼩，但是在射束剖⾯线边缘处明显可见。

与传统加速器40×40厘⽶的最⼤射野不同，Unity纵向上最⼤射野22厘⽶，横向上57厘⽶。

这是因为低温恒温器在纵向上是分开的，两部分中间⽤⽐较薄的环带连通，以允许射束通过。

如果拉的太开，对磁场均匀度是不⼩的挑战，这就限制了Y（IEC61217）⽅向射束的⼤⼩。

另外，在机架+13度⽅向有⼀个超导线管道，这个管道不允许任何直接照射。

因此，对于机架9到17度之间射野的⼤⼩有⼀定限制。

Courtesy of Elekta
低温恒温器(Cryostat)与体线圈
射束从源到病⼈，会穿过装有液氦的低温恒温器环带（液氦、铝和铁）和MRI体线圈（铜）。

它
们会让射线变得平整/质量变硬(beam hardening)，⽽且会增加少量散射。

对于10×10厘⽶的射野，低温恒温器的散射贡献了1％的等中⼼的剂量。

这影响了相对输出因⼦，散射因⼦和剖⾯线（profile）。

这个效应已经被纳⼊TPS建模，并没有临床后果。

低温恒温器在不同机架⾓度对射线穿透⼒的影响。

注意机架13度没有对应数据，因为射线不能直接照射超导线管道。

治疗床和射线治疗⾓度
平板治疗床在孔外可以升降。

⼀旦进孔，床的⾼度和横⽅向就是不能改变的（磁共振不能在不同⾼度进⾏扫描），仅⽀持患者纵向运动。

因此，已有计划⽆法调整病⼈的位置，只能选择优化现有计划或重新计划。

Unity是⼀种图像引导的放射治疗系统，必须基于患者在其当前治疗位置获得的图像来优化剂量，这也意味着isocentre通常不在靶区内。

等中⼼点在治疗床上⽅14厘⽶的位置。

因为MRI的阻挡，Unity没有光野指⽰器。

治疗模式
MLC以Elekta Aglity为基础，有160个圆形页端的页⽚。

MLC在等中⼼处具有7.2毫⽶的投影宽度。

准直器不能旋转。

加速器机架不能倾斜，治疗床不能旋转，因此所有Unity治疗都是共⾯的。

现有版本的Unity只⽀持IMRT，不过已经看到乌特勒⽀的VMAT⽂章发出来了，预计未来的升级包会开启VMAT模式。

射线特质
在做commissioning的时候，荷兰乌特勒⽀的物理师⽤的剂量计包括Semiflex 3D (PTW 31021), microDiamond (PTW 60019), Farmer (PTW 30013 and IBA FC65-G) 和胶⽚。

⽤的⽔箱有两种：Elekta 3D scanning water phantom 和PTW 1D water phantom.
绝对剂量测定
绝对剂量测定的参考条件为在机架⾓90度，等中⼼的射野为10 x 10 厘⽶，SSD=133.5
cm，d=10 cm，69.6 cGy为100 MU。

这相当于在dmax为1.3 cm时，在同样的测定条件下每100 cGy为100 MU 。

PDD与⽪肤表⾯剂量
对于10 × 10厘⽶射野的射线，dmax = 1.3 cm，⽐没有磁场的加速器浅。

其中电⼦返回效应产⽣的剂量约占dmax剂量的10%。

返回电⼦在病⼈或者模体中的有效距离为1.2 ± 0. 1 cm。

对于标准直线加速器，所有临床10×10射野的相对表⾯剂量在10％-25％范围内。

对于MRI-Linac，⽤胶⽚测量的10×10射野的⼊射表⾯剂量为36％。

医师和物理师必须意识到电⼦返回效应会增加病⼈的出射表⾯剂量，⽐如说对乳腺癌病⼈的照射就得更为⼩⼼。

深度剂量剖⾯线
由于FFF光束锥形的形状和洛伦兹⼒让crossline不对称，评估剖⾯线的标准（IEC 60976）⽅法以及剖⾯线QA不再有效。

平坦度(flatness)和对称性(symmetry)可以由剖⾯线⽐对射野内80%部分的⽅法来代替。

剖⾯线在边缘部分的不对称⼗分明显，平均会移动x = +0.24 cm。

洛仑兹⼒和crossline的移动必须在治疗计划系统中进⾏充分的建模和计算。

22X22射野的深度剂量剖⾯线，绿⾊为inline，紫⾊为crossline
量⼀个FFF射线的半影绝对不是⼀个简单的⼯作。

Unity的半影与医科达Agility MLC类似，不同之处是光阑半影(x⽅向)因为洛仑兹⼒的作⽤，来得更宽。

射线质量
值得注意的是，TG51使⽤PDD（10cm）来测量射线质量，但该值对于MRI-Linac是⽆⽤的，因为即便光⼦光谱和穿透质量不变，dmax的位置和dmax剂量也显著被磁场改变。

更合适Unity使⽤的射线指数为TRS 398⾥定义的组织体模⽐TPR20,10 （将有效测量点放在射线等中⼼点）。

乌特勒⽀这部Unity的TPR20,10 测量为0.701；PDD20,10 之⽐测量为0.618。