放射線治療 1-11 MLCはどうやって線量分布をつくり分けるの？
jawだけでは、腫瘍の形に合わせきれない
jawで作れる基本形は正方形や長方形です。
しかし、実際の標的は曲線を持った複雑な形をしています。
そこで、多数の細い遮蔽板を横に並べ、１枚ずつ動かして照射野を作るのがMLC（Multi Leaf Collimator：多分割絞り）です。
MLCを理解すると、３D-CRTだけでなく、IMRTやVMATが「どうやってビーム強度を変えているのか」が見えてきます。
MLCは何枚もの小さなjaw？
イメージとしては近いですが、MLCは単にjawを細かく分けただけではありません。
MLCは通常、左右に向かい合う２つのleaf bankから構成されます。
各リーフを個別に前後へ動かし、リーフの先端位置を並べることで、ビームの開口を標的形状へ近づけます。
図１では、左右のleaf bankからリーフが伸び、中央の黄色い部分だけＸ線を通しています。
MLCの基本
jaw：大きな外枠を作る
MLC：多数のリーフで照射野の輪郭や強度を細かく作る
IMRTでは「形」だけでなく「通す量」も変える
３D-CRTでは、MLCをある形に止めて照射する使い方が基本です。
IMRTでは、MLCを使って照射野を複数の小さなsegmentに分けたり、照射中にリーフを連続的に動かしたりして、ビーム内の場所ごとに通過する放射線量を変えます。
つまり、
開いている時間が長い場所 → より多くの放射線を通す
リーフで長く遮られる場所 → 通る放射線を減らす
という考え方です。
VMATではこれに加えて、ガントリが回転する間に、
MLC位置
線量率
ガントリ速度
などを連動させて線量分布を作ります。
MLCは「腫瘍の形に切り抜く部品」だけではなく、時間方向も含めてfluenceを変調する装置です。
リーフは完全にＸ線を止められるの？
完全には止められません！
リーフには高密度のタングステン系材料が使われますが、厚い金属を通過してもごく一部のＸ線は透過します。
これをMLC transmissionと呼びます。
さらに、隣り合うリーフ間の微小な隙間からの透過をinterleaf transmission、向かい合うリーフ先端付近の透過特性をleaf-end transmissionなどとして扱います。
治療計画装置は、こうしたMLCの透過特性をモデル化して線量計算を行います。
そのため、リーフ透過やleaf-endの挙動が実機とTPSモデルで合っていないと、特にIMRT・VMATの線量計算へ影響します。
tongue-and-grooveは何のため？
隣り合うリーフの側面を単純な平面にすると、リーフ間の隙間を放射線が抜けやすくなります。
そこで一部のMLCでは、隣り合うリーフ側面を凹凸でかみ合わせるtongue-and-groove構造を用いてinterleaf leakageを低減します。
ただし、これには別の問題もあります。
隣り合うリーフ位置が大きくずれた状態では、tongue-and-groove部分が余分にビームを遮り、局所的なunder-doseを生じることがあります。
これがtongue-and-groove effectです。
IMRT QAでは、tongue-and-groove、leaf transmission、dosimetric leaf gapなど、MLCに関わる特性も考慮します。
リーフ先端を丸くするのはなぜ？
ビームは点線源から発散するように広がります。
単純な平らなリーフ先端では、リーフ位置によってビームとの入射角が変わり、照射野端のpenumbraが大きく変化します。
そこで多くのMLCでは、リーフ先端にrounded leaf endを採用しています。
ただし丸い先端は、幾何学的なリーフ位置と放射線学的な照射野端が完全には一致しない原因にもなります。
そのためTPSでは、leaf tipの透過やdosimetric leaf gapなどをモデル化します。
つまり、
機械的に「ここにリーフがある」ことと、線量学的に「ここでビームが50％になる」ことは同じではない
という点が重要です。
TrueBeamのMLCは１種類ではない
TrueBeamでは導入仕様によりMLC構成が異なります。
代表的な仕様は、
Millennium 120 MLC
中央40対：アイソセンタ投影５ mm
外側20対：１０ mm
最大静的照射野：40 × 40 cm²
High Definition 120（HD120）
中央32対：2.5 mm
外側28対：５ mm
最大静的照射野：40 × 22 cm²
という構成例です。
小さな標的を考えると2.5 mmリーフは魅力的ですが、リーフ幅だけでMLC全体の性能は決まりません。
透過率、リーフ速度、駆動範囲、jawとの組合せ、TPSモデル、位置精度などを含めて考えます。
Agilityは160枚すべて5 mm
Elekta Versa HDに標準搭載されるAgilityでは、
160枚＝80対
アイソセンタ投影で全リーフ５ mm幅
最大40 × 40 cm²
最大速度：リーフ単体3.5 cm/s、Dynamic Leaf Guideと組み合わせた場合6.5 cm/s
interdigitation可能
光学式のleaf position monitoring
leaf transmission 0.5％以下
といった特徴があります。
さらにAgilityではDynamic Leaf Guideを利用し、leaf bank全体の可動範囲を補助する設計になっています。
図２を見ると、TrueBeam HD120とAgilityでは「高精細化の方法」が違うことが分かります。
Agilityにもtongue-and-grooveはあるの？
ここは少し注意が必要です。
Agilityにも、わずかなtongue-and-grooveに相当する構造があります。
ただし、Agilityのleaf sideはVarianのような明確なphysical tongue-and-groove形状ではありません。リーフ間隙を線源からdefocus／tiltさせることで透過を抑え、その結果としてeffective tongue-and-groove効果が生じます。
したがって…
Varian HD120：物理的なtongue-and-groove形状を持つ代表例
Agility：リーフ配置のdefocusを含む異なる設計でinterleaf transmissionを抑える
と整理しました。
MLCはどうやって位置を確認しているの？
リーフが１ mmずれるだけでも、小照射野や高変調計画では線量分布へ影響することがあります。
そのため装置はリーフ位置を検出し、制御系へフィードバックします。
AgilityはRubiconと呼ばれる光学式位置検出を採用しています。
Varian系ではMLCモーターの位置制御や装置内検出系を用い、臨床ではMachine Performance CheckやEPIDを用いたpicket fenceなどでリーフ位置を確認する運用があります。
MLCのQAでは、位置精度や再現性を確認し、spoke shotなども用いて評価します。
TPSのMLCモデルと実機のMLCはセット
高精度治療では、リーフが正しく動くだけでなく、TPSが透過・leaf end・tongue-and-grooveなどを適切にモデル化していることも重要です。
MLCを一言で説明すると
MLCは、
多数のリーフを個別に動かして、照射野の形とビーム内の強度分布を時間的にも制御する装置
です！
IMRTやVMATを支える中心的な部品の一つですが、その性能は「リーフ幅」だけでは判断できません。
次は、照射量を止めるモニタ線量計へ
ここまででビームを「作る」「広げる」「形を整える」部品を見てきました。
しかし、どれだけ正確な形を作れても、照射する量を管理できなければ治療は成立しません。
次は、治療中のビームを監視し、設定したMUに達したところで照射を終了させるモニタ線量計を見ていきます。
