编辑推荐：
为提升调强放射治疗（IMRT）质量，研究人员针对多叶准直器（MLC）仅沿 x 轴移动的局限，开展二维动态 MLC（2DDMLC）技术研究。通过实验验证，该技术使射束适形度提升，正常组织受照面积最多减少 50%，为精准放疗提供新方向。
在肿瘤放射治疗领域，精准勾勒肿瘤边界并最大限度保护正常组织始终是临床追求的目标。传统多叶准直器（Multileaf Collimator, MLC）仅能沿 x 轴方向移动，虽可通过调整叶片形状适配肿瘤轮廓，但在垂直于叶片运动的 y 轴方向上缺乏动态调节能力，导致射野边缘与肿瘤边界的契合度存在局限。尤其对于形状不规则或邻近重要器官的肿瘤，常规 MLC 技术难以避免地会让部分正常组织暴露于射线中，增加治疗副作用风险。此外，现有 MLC 叶片宽度已接近物理极限（理想厚度 1.5-1.8 mm），单纯通过缩小叶片尺寸提升治疗精度的空间有限，亟需从运动维度突破技术瓶颈。
有鉴于此，首尔国立大学医院（Seoul National University Hospital）与延世大学等机构的研究团队，针对调强放射治疗（Intensity-Modulated Radiation Therapy, IMRT）中射野适形度不足的问题，开展了二维动态多叶准直器（Two-Dimensional Dynamic Multileaf Collimator, 2DDMLC）技术的创新性研究。团队通过开发能够计算 MLC 叶片沿 x 轴、y 轴协同运动轨迹的叶片运动计算器（Leaf Motion Calculator, LMC），并结合瓦里安 Millennium 120? MLC 构建 2DDMLC 原型机，系统验证了该技术在优化射束分布、减少正常组织照射方面的临床价值。相关研究成果发表于《Scientific Reports》。
研究主要采用以下关键技术方法：
- LMC 算法开发：设计可同时优化 MLC 叶片 x 轴运动轨迹与 y 轴位置的算法，基于最优 fluence map（射束强度分布）生成包含双层运动参数的叶片序列。
- 蒙特卡罗（Monte Carlo, MC）模拟验证：利用 Geant4 仿真平台构建 MLC 物理模型，对比 LMC 计算的实际 fluence map 与 MC 模拟结果，验证算法的准确性。
- 临床实验验证：使用瓦里安 Clinac iX 直线加速器（Linear Accelerator, LINAC）及 2DDMLC 原型机，对 23 例不同肿瘤患者的 IMRT 计划进行剂量分布测量，比较传统 MLC 与 2DDMLC 技术的适形度（Conformity Index, CI）和正常组织受照面积差异。
研究结果
1. LMC 算法的有效性验证
通过对比 LMC 计算的 fluence map 与 Geant4 模拟结果发现，尽管模拟中因考虑射线泄漏导致边缘区域 fluence 略高，但两者的射束形状高度一致（图 2）。LMC 能够准确生成符合最优设计的叶片运动序列，其算法在忽略泄漏的前提下，可有效实现 fluence map 的形状保真，为 2DDMLC 技术的运动控制提供了理论基础。
2. 传统 MLC 与 2DDMLC 的射束适形度对比
在头颈部（H&N）、肺部、肝脏等典型肿瘤病例中，2DDMLC 技术的实际 fluence map 与最优 fluence map 的差异显著小于传统 MLC。例如，头颈部病例的差异从 19.2% 降至 13.9%，肺部从 15.4% 降至 8.5%（图 3）。适形度指标 CI 显示，2DDMLC 技术的 CI 值更接近 1（头颈部：1.26→1.17；肺部：1.27→1.17），表明其射野边界与肿瘤轮廓的贴合度显著提升（表 1）。
3. 剂量分布与正常组织保护效果
胶片剂量测量结果显示，2DDMLC 技术使靶区外照射面积最大减少 50%。在头颈部和肺部病例中，正常组织受照面积分别减少 24% 和 49%（图 4）。原型机实验进一步验证了该技术的有效性，肺部肿瘤的靶外剂量降低 47%（图 5）。研究同时发现，对于较大体积肿瘤（如肝脏，直径＞5 cm），2DDMLC 的效果因叶片 y 轴移动范围（半叶片宽度，2.5 mm）限制而减弱，提示该技术更适用于小体积或多子野分布的肿瘤。
研究结论与讨论
本研究通过算法开发与实验验证，首次在临床级设备上证实了 2DDMLC 技术的可行性。相较于传统 MLC，该技术通过 x-y 轴协同运动动态优化射野形状，显著提升了 IMRT 的适形度与正常组织保护能力，尤其在小体积肿瘤治疗中优势显著。其核心创新在于突破了 MLC 单一维度运动的限制，为放射治疗精度提升提供了新路径。
尽管原型机存在机械兼容性不足、运动控制精度待优化等问题，但研究结果已为后续技术迭代奠定了基础。未来可通过开发轻量化 MLC、提升 y 轴驱动装置精度，并将算法拓展至体积调制弧形治疗（Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT）等动态放疗技术，进一步扩大 2DDMLC 的临床应用场景。该技术有望在立体定向消融放疗（Stereotactic Ablative Radiotherapy, SABR）等对适形度要求极高的领域发挥重要作用，为实现 “精准杀灭肿瘤、最小化副作用” 的放疗目标提供关键技术支撑。
