引用本文： 李霞, 王雪桃, 李濤, 趙婭琴, 李志平, 柏森, 沈亞麗. 胃癌放射治療中靜態調強計劃射野和子野的優化研究. 華西醫學, 2018, 33(4): 403-410. doi: 10.7507/1002-0179.201712152 復制
根據世界衛生組織最新報道，中國每年胃癌新發病例數占世界新發病例數 40% 以上，我國面臨著十分嚴峻的抗擊胃癌形勢[1]。目前，胃癌采用以手術為主的綜合治療模式[2]。里程碑式的研究 INT0116（Intergroup-0116）和 ARTIST 研究顯示，對于局部晚期伴淋巴結轉移的患者，術后輔助放射治療（放療）是對手術治療的有利補充[3-6]。
由于胃特殊的解剖位置及病理形態，胃癌放療中靶區較大，且形狀不規則，鄰近的腎臟、肝臟和小腸（尤其是腎臟及肝臟），放射耐受量低。傳統的二維放療和三維適形放療（three-dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT）毒副作用明顯[5]。調強放療（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）能得到比 3D-CRT 更適形的劑量分布，這有益于對危及器官的保護，降低放療毒副反應。但是同時，IMRT 也會增加總的照射時間和治療費用[7-8]。較長的治療時間不僅降低工作效率和患者舒適度，而且可能會增加放療分次內的誤差[9]。使用較少射野或子野的靜態調強和容積弧形調強放療（volumetric arc therapy，VMAT）計劃可減少治療時間[10]。但并不是所有醫院都安裝了帶有 VMAT 技術的加速器。因此，優化靜態調強計劃中射野和子野設置得到劑量結果好和治療時間快的計劃是臨床中值得研究的問題。本研究擬通過優化射野和子野設置，找出既保證計劃質量又能有效縮短照射時間、提高效率的胃癌放療調強計劃方法。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
采用隨機抽樣法選擇我院 2013 年 2 月 1 日—8 月 30 日確診為局部晚期胃癌的 15 例患者進行研究，其中男 10 例，女 5 例；年齡 35～72 歲，中位年齡 60 歲；依據 2010 年美國聯合委員會的癌癥分期系統[11]，臨床分期ⅢA 期 7 例，ⅢB 期 6 例，Ⅳ（M0）期 2 例；病灶位于腹部的上 1/3、中 1/3 和下 1/3 各 5 例；所有患者均在我院接受了 D2-R0 手術和術后同步放化療，同步化學治療方案中卡培他濱 7 例，替吉奧（S-1）8 例。所有患者均簽署了放化療知情同意書。
1.2 CT 定位、靶體積定義和處方劑量
所有患者均取仰臥體位，雙手抱頭，用熱塑體模固定。掃描范圍為膈肌上 5 cm 至腰 5 平面，層厚 3 mm。通過醫學數字成像和通信（digital imaging and communications in medicine，DICOM）格式將 CT 數據傳輸至計劃系統 Pinnacle 9.2 中。
根據國際輻射單位與測量委員會（International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU）50 和 ICRU62 號報告進行靶區和正常組織的勾畫[12-13]。臨床靶體積（clinical target volume，CTV）包括瘤床、吻合口和區域淋巴結，根據原發部位的不同（胃近端 1/3，胃中 1/3 和胃遠端 1/3）相應的淋巴結區域有所不同[14-15]。考慮到每天的擺位誤差和器官運動，CTV 各向均勻外擴 10 mm 形成計劃靶體積（planning target volume，PTV）。危及器官包括腎臟、肝臟、脊髓和小腸。為避免不同醫師間的差異性，所有靶區和危及器官的勾畫工作由同一臨床醫師完成。
所有計劃中 PTV 處方劑量為 50.4 Gy/28F。危及器官的劑量限制如下：左腎和右腎受到 20 Gy 照射的體積小于總體積的 30%，受到 30 Gy 照射的體積小于總體積的 20%，平均受照劑量<15 Gy；肝臟受到 30 Gy 照射的體積小于總體積的 30%，平均受照劑量<15 Gy；脊髓最大受照劑量<40 Gy，脊髓計劃體積（planning organ at risk volume，PRV）最大受照劑量<45 Gy；小腸受到 40 Gy 和 50 Gy 照射的體積小于總體積的 20% 和 5%。
1.3 靜態調強治療計劃設計
以原有的目前我中心臨床上使用的個體化 5 野靜態調強計劃（5C）作為基準，為每個患者另外設計兩組共 6 個靜態調強計劃，分為比較射野靜態調強計劃組和比較子野靜態調強計劃組。比較射野計劃組的 4 個計劃如下：7 野等角度均分靜態調強計劃（7I），射野方向為 204、256、308、0、52、104 和 156°；5 野等角度均分靜態調強計劃（5I），射野方向為 216、288、0、72 和 144°；4 野靜態調強計劃（4I），射野方向為 310、20、90 和 180°；3 野靜態調強計劃（3I），射野方向均為 310、65 和 180°。比較射野計劃組的所有計劃中，為了比較射野數目和角度對計劃質量的影響，消除子野數的限制因素，設置足夠多的最大子野數目 65。比較子野計劃組的 3 個計劃如下：選擇達到臨床要求且射野數較小的 4 野靜態調強計劃（4I）進行比較，更改最大子野數為 45 和 25，得到 2 個不同的靜態調強計劃（4II 和 4III）。
為了保持治療計劃的一致性和可比性，本研究中所有的患者計劃均由同一名物理師采用統一的腳本設計完成，包括靶區和危及器官的命名，射野參數以及優化參數的設置。選擇 Elekta Synergy 加速器（英國 Elekta Oncology Systems 公司）的 6 MV 光子進行所有計劃的設計；優化類型選用直接子野優化方法。最小子野面積和最小子野跳數分別設為 5 cm2和 5；最大迭代次數和通量優化迭代次數分別設為 80 和 35。第 1 輪優化完成后，對不滿足劑量要求的區域自動創建輔助感興趣區，添加相同的目標條件，進行第 2 輪優化，以得到較好的 PTV 劑量目標。所有的靜態調強計劃均在計劃系統 Pinnacle 9.2 中完成。
1.4 治療計劃的評價
適形度指數（conformal index，CI）= （VTref/VT）×（VTref/Vref），式中 VTref 為參考等劑量線所覆蓋的靶體積，本研究中 VTref 為 95% 等劑量線包圍的靶體積，VT 為靶體積，Vref 為參考等劑量線所覆蓋的總體積。CI 取值為 0～1，越接近于 1 適形度越好。均勻性指數（homogeneity index，HI）=（D2–D98）/D50，式中 D2、D50 和 D98 分別為 2%、50% 和 98% PTV 體積所受到的照射劑量。HI 值越大（越遠離 0）說明該計劃的劑量分布均勻性越差。
從所有計劃的劑量體積直方圖收集評估參數進行比較，這些參數具體包括：靶區 PTV 的體積劑量 D2、D50、D95、D98（2%、50%、95%、98% 體積的受照劑量）和平均劑量 Dmean 以及適形度 CI 和均勻度 HI；脊髓和脊髓 PRV 的最大劑量 Dmax 和體積劑量的 D2；肝臟的平均劑量 Dmean 和劑量體積 V30（接受 30 Gy 照射的百分體積）；左右腎臟的平均劑量 Dmean 和劑量體積 V20、V30；小腸的劑量體積 V40 和 V50。
1.5 加速器跳數和治療時間
比較 7 種治療計劃的實際運行效率，包括加速器輸出跳數和治療照射時間，不包括擺位時間。從第 1 個射野出束開始到治療結束的時間記為模擬治療的治療時間。將患者的所有治療計劃傳輸至加速器進行空轉模擬治療，測試并記錄各個 IMRT 計劃的治療時間。
1.6 統計學方法
使用 SPSS 19.0 軟件分析所有的數據。所有數值均采用均數±標準差表示。兩組間比較采用配對 t 檢驗，多組間比較采用非參數 Friedman 檢驗。檢驗水準 α=0.05。
2 結果
2.1 比較射野計劃組的結果
2.1.1 靶區 PTV 的劑量分布差異
通過對 5 種射野優化方案的計劃比較得知，3 野靜態調強計劃的靶區均勻度（0.11±0.02）和適形性（0.70±0.04）均遠差于臨床計劃，且該差異有統計學意義（P<0.05）（表 1、圖 1）。在靶區體積劑量參數 D2、D50、D95、D98 和 Dmean 方面，各射野優化方案計劃差異較小。在靶區適形度方面，與臨床 5 野靜態調強計劃（0.73±0.05）相比，7 野均分靜態調強計劃（0.76±0.04）、5 野均分靜態調強計劃（0.75±0.04）和 4 野靜態調強計劃（0.74±0.04）均有不同程度的提高，且 7 野均分靜態調強計劃和 4 野靜態調強計劃的改善有統計學意義（P<0.05）。除 3 野靜態調強計劃外，各射野優化方案計劃的靶區均勻性幾乎相同。對于所有的射野優化方案計劃，隨射野數的減少，CI 逐漸減少，適形性降低；當射野數>3 時，HI 幾乎不變，具有統計學意義（P<0.01）。
圖1
比較射野計劃組的靶區 PTV 劑量體積參數比較（n=15）
各比較射野計劃組（7I、5I、4I和3I）相對于臨床 5 野靜態調強計劃（5C）靶區各參數的百分差異
表1
比較射野計劃組的靶區 PTV 劑量體積參數比較（n=15，
）
2.1.2 危及器官的劑量分布差異
通過表 2、圖 2 可以看出，與臨床 5 野靜態調強計劃相比，3 野靜態調強計劃在危及器官脊髓、肝臟、腎臟和小腸的保護方面，均稍有不足。7 野均分靜態調強計劃與臨床 5 野靜態調強計劃相比，除在肝臟和左腎的平均劑量以及右腎 V20 方面變差外，對其他危及器官的保護均有不同程度的改善。與臨床 5 野靜態調強計劃相比，5 野均分靜態調強計劃在脊髓 PRV 的最大劑量、肝臟的平均劑量、左腎的平均劑量、右腎的平均劑量和 V20 這些劑量體積參數方面稍有變差，在危及器官的其他方面均有不同程度的改善。對于評估的所有危及器官，4 野靜態調強計劃均得到了比臨床 5 野靜態調強計劃更好的保護結果，尤其是肝臟的 V30［（22.71±6.10）% vs. （24.03±6.84）%，P<0.01］和平均劑量［（20.50±1.99）vs. （21.89±3.01） Gy，P<0.01］，腎臟的V20［左腎：（26.46±4.49）% vs. （29.25±3.51）%，P<0.05；右腎：（14.97±6.72）%vs. （19.41±6.14）%，P<0.01］、V30［左腎：（10.53± 4.97）% vs. （12.88±4.81）%，P<0.01；右腎：（3.34± 2.35）%vs. （4.34±2.46）%，P<0.05］和平均劑量［左腎：（16.53±1.61）vs. （17.05±1.38） Gy，P<0.01；右腎：（12.33±2.53）vs. （15.37±2.17） Gy，P<0.01］。
圖2
比較射野計劃組的危及器官的劑量體積參數比較（n=15）
a、b 分別為比較射野計劃組（7I、5I、4I 和 3I）相對于臨床 5 野靜態調強計劃（5C）危及器官脊髓、脊髓 PRV、肝臟、腎臟和小腸各參數的百分差異
2.1.3 機器跳數和治療時間的差異
與臨床 5 野靜態調強計劃相比，各射野方案的靜態調強計劃跳數均較高，這是由于子野數的差異造成的。對于各射野方案的靜態調強計劃跳數，隨著射野數的減少，機器跳數有所降低，但 3 野靜態調強計劃例外（圖 3），該結果有統計學意義（P<0.01）。測量結果顯示，各射野方案的靜態調強計劃實施時間均長于臨床 5 野計劃的實施時間，這是由于子野數的差異造成的。對于各射野方案的靜態調強計劃照射時間，隨著射野數的減少，照射時間逐漸減少，且該結果具有統計學意義（P<0.01）。
圖3
比較射野計劃組的機器跳數和照射時間的比較（n=15）
a. 各方案機器跳數的比較；b. 各方案照射時間的比較
2.2 比較子野計劃組的結果
2.2.1 靶區 PTV 的劑量分布差異
對于靶區 PTV 的體積劑量參數 D2 來說，不同子野數設置的 4 野靜態調強計劃存在差異［（54.52±0.11） vs. （54.57±0.15） vs. （54.79±0.38） Gy，P<0.05］，但該區別較小。在靶區適形度方面，隨著子野數的減少，4 野靜態調強計劃的適形度逐漸降低（0.74±0.04vs. 0.73±0.04 vs. 0.71±0.04，P<0.05）。見表 3。
2.2.2 危及器官的劑量分布差異
對于脊髓的最大劑量、肝臟的平均劑量而言，較大子野數設置的 4 野靜態調強計劃結果較好（表 4）。對于肝臟的平均劑量，左腎的平均劑量和 V30，右腎的平均劑量和 V20，最大子野數為 65 和 45 的 4 野靜態調強計劃均優于最大子野數為 25 的 4 野靜態調強計劃，但它們之間的差別較小。
2.2.3 機器跳數和治療時間的差異
對于機器跳數，最大子野數為 65 和 45 的 4 野靜態調強計劃幾乎相同（圖 4），最大子野數為 25 的 4 野靜態調強計劃則明顯降低（483.3±74.7 vs. 481.8±93.5 vs. 389.1±41.8，P<0.01），機器利用效率明顯提高。測量結果顯示，隨著子野數的減少，治療時間也在減少。與最大子野數為 65 的 4 野靜態調強計劃相比，最大子野數為 45 和 25 的 4 野靜態調強計劃的治療時間分別平均減少了 1.8、4.3 min ［（494.66±26.79）vs. （384.26±14.99）vs. （235.00±9.21）s，P<0.01］，治療效率分別提高了 22.3% 和 52.4%，且該結果具有統計學意義（P<0.01）。
表2
比較射野計劃組危及器官的劑量體積參數比較（n=15，
）
表3
比較子野計劃組的靶區PTV劑量體積參數比較（n=15，
）
表4
比較子野計劃組危及器官的劑量體積參數比較（n=15，
）
圖4
比較子野計劃組的機器跳數和照射時間參數比較（n=15）
a. 各方案機器跳數的比較；b. 各方案照射時間的比較
3 討論
術后放化療是局部晚期胃癌的主要治療方法之一。本研究對胃癌輔助放療中不同射野和子野數的靜態調強計劃的計劃質量和治療時間進行了比較，結果發現最大子野數為 65 的 4 野靜態調強計劃不僅靶區適形度不差于 7 野均分靜態調強計劃，而且能降低危及器官受量，保護危及器官，尤其是肝臟和腎臟；隨著子野數的減少，4 野靜態調強計劃在靶區適形度方面有所降低，但仍在臨床可接受的范圍內，且繼續保持了對危及器官肝臟和腎臟的保護優勢。同時發現，不論最大子野數為 65、45 還是 25，4 野靜態調強計劃在機器跳數和治療時間方面較 5 野均分和 7 野均分靜態調強計劃有明顯降低，這有助于治療效率的提高。
研究顯示，傳統的共面 7 野均分靜態調強計劃在對危及器官的保護方面并沒有顯出絕對的劑量優勢[7]。在某些腫瘤治療中增加 IMRT 計劃子野數則可能有益于對危及器官的保護，如頭頸部腫瘤中的腮腺、盆腔腫瘤中的直腸和膀胱[16-18]。然而，在胃癌 IMRT 計劃中，將最大子野數設置為 65 時，傳統的 7 野均分 IMRT 計劃并沒有顯示出絕對的劑量優勢[19]。本研究中除 3 野靜態調強計劃外，4 野靜態調強計劃與 5 野均分、7 野均分靜態調強計劃相比，不僅能達到相似的靶區劑量要求，而且 4 野靜態調強計劃顯示出較明顯的危及器官保護優勢。在胃癌輔助放療中，腎臟是需要重點保護的危及器官之一，4 野靜態調強計劃顯著降低了左腎和右腎的 V20 和 V30，以及右腎的平均劑量。在治療時間方面，隨著射野數和子野數的減少，照射時間逐漸減少。因此，具有較少的射野和子野數的 4 野靜態調強計劃在不降低胃癌放療 IMRT 計劃質量的同時，不但有效地保護了腎臟，還減少了治療時間。
除了射野和子野數目，機架角度、患者靶區和危及器官的信息以及射線能量的選擇同樣影響著 IMRT 計劃質量[20]。研究發現，當射野的個數確定以后，射野角度和子野數的再分配會進一步影響 IMRT 計劃的優化[21]。根據這一原則，我們進一步對胃癌 4 野靜態調強計劃進行了射野角度的優化，與傳統的均分 7 野靜態調強計劃不同，它選擇的射野角度是 310、20、90 和 180°。其中 90° 方向的水平野和 180° 方向的后野避免從腎臟方向設野，從而降低了腎臟的受量。另外只有 310° 的射野直接穿過了肝臟。因此，4 野靜態調強計劃的機架角度設置更有益于危及器官的保護。隨著子野數的減少，4 野靜態調強計劃的適形度逐漸減少（0.74±0.04 vs. 0.73±0.04 vs. 0.71±0.04，P<0.05），對于危及器官的保護也稍有不同，但差異較小。目前還沒有關于靶區適形度的較小差異與患者臨床情況相關性的研究[22]。
此外，放射治療中不能忽略的是治療時間對生物效應的影響和分次內的器官運動[23]。照射時間增加不僅會降低患者的舒適度，還會給治療帶來更多的風險[9]。胃癌放療需要快速完成有以下幾個原因：照射時間對腫瘤生物學特性的影響，患者的器官運動和擺位誤差，以及治療效率。從理論上講，照射時間取決于以下幾個因素：射野數目，子野數目，射野之間機架旋轉的時間，子野的形成時間，機器跳數和每個射野處理數據的時間。臨床應用發現影響照射時間的主要因素是計劃的射野和子野數目[24]。當最大子野數為 65 時，與 7 野均分和 5 野均分靜態調強計劃相比，4 野靜態調強計劃的治療時間分別減少了 40 s 和 39 s［（534.28±17.49）vs. （533.86±13.85）vs. （494.66±26.79）s］。當 4 野靜態調強計劃最大子野數設置從 65 減少為 45 和 25 時，治療時間分別進一步減少了 1.8 和 4.3 min，治療效率分別提高了 22.3% 和 52.4%。隨著射野和子野數目的減少，以及機器跳數的降低，治療時間的減少是必然的。本研究中最大子野數為 25 的 4 野靜態調強計劃使用了較少的機器跳數和較短的治療時間，這將極大地提高工作的效率。
本研究不足之處在于目前的研究樣本數據較小，并且只強調了不同靜態調強計劃的劑量學差異，沒有評估相應的臨床效果。下一步研究還需要增加樣本量，并評估臨床毒副作用和療效。
綜上所述，在胃癌輔助放療計劃中，使用較少射野和子野的 4 野靜態調強計劃在保證計劃質量的同時，能更好地保護危及器官，尤其是肝臟和腎臟，并且減少了照射時間，有助于提高治療效率。
根據世界衛生組織最新報道，中國每年胃癌新發病例數占世界新發病例數 40% 以上，我國面臨著十分嚴峻的抗擊胃癌形勢[1]。目前，胃癌采用以手術為主的綜合治療模式[2]。里程碑式的研究 INT0116（Intergroup-0116）和 ARTIST 研究顯示，對于局部晚期伴淋巴結轉移的患者，術后輔助放射治療（放療）是對手術治療的有利補充[3-6]。
由于胃特殊的解剖位置及病理形態，胃癌放療中靶區較大，且形狀不規則，鄰近的腎臟、肝臟和小腸（尤其是腎臟及肝臟），放射耐受量低。傳統的二維放療和三維適形放療（three-dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT）毒副作用明顯[5]。調強放療（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）能得到比 3D-CRT 更適形的劑量分布，這有益于對危及器官的保護，降低放療毒副反應。但是同時，IMRT 也會增加總的照射時間和治療費用[7-8]。較長的治療時間不僅降低工作效率和患者舒適度，而且可能會增加放療分次內的誤差[9]。使用較少射野或子野的靜態調強和容積弧形調強放療（volumetric arc therapy，VMAT）計劃可減少治療時間[10]。但并不是所有醫院都安裝了帶有 VMAT 技術的加速器。因此，優化靜態調強計劃中射野和子野設置得到劑量結果好和治療時間快的計劃是臨床中值得研究的問題。本研究擬通過優化射野和子野設置，找出既保證計劃質量又能有效縮短照射時間、提高效率的胃癌放療調強計劃方法。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
采用隨機抽樣法選擇我院 2013 年 2 月 1 日—8 月 30 日確診為局部晚期胃癌的 15 例患者進行研究，其中男 10 例，女 5 例；年齡 35～72 歲，中位年齡 60 歲；依據 2010 年美國聯合委員會的癌癥分期系統[11]，臨床分期ⅢA 期 7 例，ⅢB 期 6 例，Ⅳ（M0）期 2 例；病灶位于腹部的上 1/3、中 1/3 和下 1/3 各 5 例；所有患者均在我院接受了 D2-R0 手術和術后同步放化療，同步化學治療方案中卡培他濱 7 例，替吉奧（S-1）8 例。所有患者均簽署了放化療知情同意書。
1.2 CT 定位、靶體積定義和處方劑量
所有患者均取仰臥體位，雙手抱頭，用熱塑體模固定。掃描范圍為膈肌上 5 cm 至腰 5 平面，層厚 3 mm。通過醫學數字成像和通信（digital imaging and communications in medicine，DICOM）格式將 CT 數據傳輸至計劃系統 Pinnacle 9.2 中。
根據國際輻射單位與測量委員會（International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU）50 和 ICRU62 號報告進行靶區和正常組織的勾畫[12-13]。臨床靶體積（clinical target volume，CTV）包括瘤床、吻合口和區域淋巴結，根據原發部位的不同（胃近端 1/3，胃中 1/3 和胃遠端 1/3）相應的淋巴結區域有所不同[14-15]。考慮到每天的擺位誤差和器官運動，CTV 各向均勻外擴 10 mm 形成計劃靶體積（planning target volume，PTV）。危及器官包括腎臟、肝臟、脊髓和小腸。為避免不同醫師間的差異性，所有靶區和危及器官的勾畫工作由同一臨床醫師完成。
所有計劃中 PTV 處方劑量為 50.4 Gy/28F。危及器官的劑量限制如下：左腎和右腎受到 20 Gy 照射的體積小于總體積的 30%，受到 30 Gy 照射的體積小于總體積的 20%，平均受照劑量<15 Gy；肝臟受到 30 Gy 照射的體積小于總體積的 30%，平均受照劑量<15 Gy；脊髓最大受照劑量<40 Gy，脊髓計劃體積（planning organ at risk volume，PRV）最大受照劑量<45 Gy；小腸受到 40 Gy 和 50 Gy 照射的體積小于總體積的 20% 和 5%。
1.3 靜態調強治療計劃設計
以原有的目前我中心臨床上使用的個體化 5 野靜態調強計劃（5C）作為基準，為每個患者另外設計兩組共 6 個靜態調強計劃，分為比較射野靜態調強計劃組和比較子野靜態調強計劃組。比較射野計劃組的 4 個計劃如下：7 野等角度均分靜態調強計劃（7I），射野方向為 204、256、308、0、52、104 和 156°；5 野等角度均分靜態調強計劃（5I），射野方向為 216、288、0、72 和 144°；4 野靜態調強計劃（4I），射野方向為 310、20、90 和 180°；3 野靜態調強計劃（3I），射野方向均為 310、65 和 180°。比較射野計劃組的所有計劃中，為了比較射野數目和角度對計劃質量的影響，消除子野數的限制因素，設置足夠多的最大子野數目 65。比較子野計劃組的 3 個計劃如下：選擇達到臨床要求且射野數較小的 4 野靜態調強計劃（4I）進行比較，更改最大子野數為 45 和 25，得到 2 個不同的靜態調強計劃（4II 和 4III）。
為了保持治療計劃的一致性和可比性，本研究中所有的患者計劃均由同一名物理師采用統一的腳本設計完成，包括靶區和危及器官的命名，射野參數以及優化參數的設置。選擇 Elekta Synergy 加速器（英國 Elekta Oncology Systems 公司）的 6 MV 光子進行所有計劃的設計；優化類型選用直接子野優化方法。最小子野面積和最小子野跳數分別設為 5 cm2和 5；最大迭代次數和通量優化迭代次數分別設為 80 和 35。第 1 輪優化完成后，對不滿足劑量要求的區域自動創建輔助感興趣區，添加相同的目標條件，進行第 2 輪優化，以得到較好的 PTV 劑量目標。所有的靜態調強計劃均在計劃系統 Pinnacle 9.2 中完成。
1.4 治療計劃的評價
適形度指數（conformal index，CI）= （VTref/VT）×（VTref/Vref），式中 VTref 為參考等劑量線所覆蓋的靶體積，本研究中 VTref 為 95% 等劑量線包圍的靶體積，VT 為靶體積，Vref 為參考等劑量線所覆蓋的總體積。CI 取值為 0～1，越接近于 1 適形度越好。均勻性指數（homogeneity index，HI）=（D2–D98）/D50，式中 D2、D50 和 D98 分別為 2%、50% 和 98% PTV 體積所受到的照射劑量。HI 值越大（越遠離 0）說明該計劃的劑量分布均勻性越差。
從所有計劃的劑量體積直方圖收集評估參數進行比較，這些參數具體包括：靶區 PTV 的體積劑量 D2、D50、D95、D98（2%、50%、95%、98% 體積的受照劑量）和平均劑量 Dmean 以及適形度 CI 和均勻度 HI；脊髓和脊髓 PRV 的最大劑量 Dmax 和體積劑量的 D2；肝臟的平均劑量 Dmean 和劑量體積 V30（接受 30 Gy 照射的百分體積）；左右腎臟的平均劑量 Dmean 和劑量體積 V20、V30；小腸的劑量體積 V40 和 V50。
1.5 加速器跳數和治療時間
比較 7 種治療計劃的實際運行效率，包括加速器輸出跳數和治療照射時間，不包括擺位時間。從第 1 個射野出束開始到治療結束的時間記為模擬治療的治療時間。將患者的所有治療計劃傳輸至加速器進行空轉模擬治療，測試并記錄各個 IMRT 計劃的治療時間。
1.6 統計學方法
使用 SPSS 19.0 軟件分析所有的數據。所有數值均采用均數±標準差表示。兩組間比較采用配對 t 檢驗，多組間比較采用非參數 Friedman 檢驗。檢驗水準 α=0.05。
2 結果
2.1 比較射野計劃組的結果
2.1.1 靶區 PTV 的劑量分布差異
通過對 5 種射野優化方案的計劃比較得知，3 野靜態調強計劃的靶區均勻度（0.11±0.02）和適形性（0.70±0.04）均遠差于臨床計劃，且該差異有統計學意義（P<0.05）（表 1、圖 1）。在靶區體積劑量參數 D2、D50、D95、D98 和 Dmean 方面，各射野優化方案計劃差異較小。在靶區適形度方面，與臨床 5 野靜態調強計劃（0.73±0.05）相比，7 野均分靜態調強計劃（0.76±0.04）、5 野均分靜態調強計劃（0.75±0.04）和 4 野靜態調強計劃（0.74±0.04）均有不同程度的提高，且 7 野均分靜態調強計劃和 4 野靜態調強計劃的改善有統計學意義（P<0.05）。除 3 野靜態調強計劃外，各射野優化方案計劃的靶區均勻性幾乎相同。對于所有的射野優化方案計劃，隨射野數的減少，CI 逐漸減少，適形性降低；當射野數>3 時，HI 幾乎不變，具有統計學意義（P<0.01）。
圖1
比較射野計劃組的靶區 PTV 劑量體積參數比較（n=15）
各比較射野計劃組（7I、5I、4I和3I）相對于臨床 5 野靜態調強計劃（5C）靶區各參數的百分差異
表1
比較射野計劃組的靶區 PTV 劑量體積參數比較（n=15，
）
2.1.2 危及器官的劑量分布差異
通過表 2、圖 2 可以看出，與臨床 5 野靜態調強計劃相比，3 野靜態調強計劃在危及器官脊髓、肝臟、腎臟和小腸的保護方面，均稍有不足。7 野均分靜態調強計劃與臨床 5 野靜態調強計劃相比，除在肝臟和左腎的平均劑量以及右腎 V20 方面變差外，對其他危及器官的保護均有不同程度的改善。與臨床 5 野靜態調強計劃相比，5 野均分靜態調強計劃在脊髓 PRV 的最大劑量、肝臟的平均劑量、左腎的平均劑量、右腎的平均劑量和 V20 這些劑量體積參數方面稍有變差，在危及器官的其他方面均有不同程度的改善。對于評估的所有危及器官，4 野靜態調強計劃均得到了比臨床 5 野靜態調強計劃更好的保護結果，尤其是肝臟的 V30［（22.71±6.10）% vs. （24.03±6.84）%，P<0.01］和平均劑量［（20.50±1.99）vs. （21.89±3.01） Gy，P<0.01］，腎臟的V20［左腎：（26.46±4.49）% vs. （29.25±3.51）%，P<0.05；右腎：（14.97±6.72）%vs. （19.41±6.14）%，P<0.01］、V30［左腎：（10.53± 4.97）% vs. （12.88±4.81）%，P<0.01；右腎：（3.34± 2.35）%vs. （4.34±2.46）%，P<0.05］和平均劑量［左腎：（16.53±1.61）vs. （17.05±1.38） Gy，P<0.01；右腎：（12.33±2.53）vs. （15.37±2.17） Gy，P<0.01］。
圖2
比較射野計劃組的危及器官的劑量體積參數比較（n=15）
a、b 分別為比較射野計劃組（7I、5I、4I 和 3I）相對于臨床 5 野靜態調強計劃（5C）危及器官脊髓、脊髓 PRV、肝臟、腎臟和小腸各參數的百分差異
2.1.3 機器跳數和治療時間的差異
與臨床 5 野靜態調強計劃相比，各射野方案的靜態調強計劃跳數均較高，這是由于子野數的差異造成的。對于各射野方案的靜態調強計劃跳數，隨著射野數的減少，機器跳數有所降低，但 3 野靜態調強計劃例外（圖 3），該結果有統計學意義（P<0.01）。測量結果顯示，各射野方案的靜態調強計劃實施時間均長于臨床 5 野計劃的實施時間，這是由于子野數的差異造成的。對于各射野方案的靜態調強計劃照射時間，隨著射野數的減少，照射時間逐漸減少，且該結果具有統計學意義（P<0.01）。
圖3
比較射野計劃組的機器跳數和照射時間的比較（n=15）
a. 各方案機器跳數的比較；b. 各方案照射時間的比較
2.2 比較子野計劃組的結果
2.2.1 靶區 PTV 的劑量分布差異
對于靶區 PTV 的體積劑量參數 D2 來說，不同子野數設置的 4 野靜態調強計劃存在差異［（54.52±0.11） vs. （54.57±0.15） vs. （54.79±0.38） Gy，P<0.05］，但該區別較小。在靶區適形度方面，隨著子野數的減少，4 野靜態調強計劃的適形度逐漸降低（0.74±0.04vs. 0.73±0.04 vs. 0.71±0.04，P<0.05）。見表 3。
2.2.2 危及器官的劑量分布差異
對于脊髓的最大劑量、肝臟的平均劑量而言，較大子野數設置的 4 野靜態調強計劃結果較好（表 4）。對于肝臟的平均劑量，左腎的平均劑量和 V30，右腎的平均劑量和 V20，最大子野數為 65 和 45 的 4 野靜態調強計劃均優于最大子野數為 25 的 4 野靜態調強計劃，但它們之間的差別較小。
2.2.3 機器跳數和治療時間的差異
對于機器跳數，最大子野數為 65 和 45 的 4 野靜態調強計劃幾乎相同（圖 4），最大子野數為 25 的 4 野靜態調強計劃則明顯降低（483.3±74.7 vs. 481.8±93.5 vs. 389.1±41.8，P<0.01），機器利用效率明顯提高。測量結果顯示，隨著子野數的減少，治療時間也在減少。與最大子野數為 65 的 4 野靜態調強計劃相比，最大子野數為 45 和 25 的 4 野靜態調強計劃的治療時間分別平均減少了 1.8、4.3 min ［（494.66±26.79）vs. （384.26±14.99）vs. （235.00±9.21）s，P<0.01］，治療效率分別提高了 22.3% 和 52.4%，且該結果具有統計學意義（P<0.01）。
表2
比較射野計劃組危及器官的劑量體積參數比較（n=15，
）
表3
比較子野計劃組的靶區PTV劑量體積參數比較（n=15，
）
表4
比較子野計劃組危及器官的劑量體積參數比較（n=15，
）
圖4
比較子野計劃組的機器跳數和照射時間參數比較（n=15）
a. 各方案機器跳數的比較；b. 各方案照射時間的比較
3 討論
術后放化療是局部晚期胃癌的主要治療方法之一。本研究對胃癌輔助放療中不同射野和子野數的靜態調強計劃的計劃質量和治療時間進行了比較，結果發現最大子野數為 65 的 4 野靜態調強計劃不僅靶區適形度不差于 7 野均分靜態調強計劃，而且能降低危及器官受量，保護危及器官，尤其是肝臟和腎臟；隨著子野數的減少，4 野靜態調強計劃在靶區適形度方面有所降低，但仍在臨床可接受的范圍內，且繼續保持了對危及器官肝臟和腎臟的保護優勢。同時發現，不論最大子野數為 65、45 還是 25，4 野靜態調強計劃在機器跳數和治療時間方面較 5 野均分和 7 野均分靜態調強計劃有明顯降低，這有助于治療效率的提高。
研究顯示，傳統的共面 7 野均分靜態調強計劃在對危及器官的保護方面并沒有顯出絕對的劑量優勢[7]。在某些腫瘤治療中增加 IMRT 計劃子野數則可能有益于對危及器官的保護，如頭頸部腫瘤中的腮腺、盆腔腫瘤中的直腸和膀胱[16-18]。然而，在胃癌 IMRT 計劃中，將最大子野數設置為 65 時，傳統的 7 野均分 IMRT 計劃并沒有顯示出絕對的劑量優勢[19]。本研究中除 3 野靜態調強計劃外，4 野靜態調強計劃與 5 野均分、7 野均分靜態調強計劃相比，不僅能達到相似的靶區劑量要求，而且 4 野靜態調強計劃顯示出較明顯的危及器官保護優勢。在胃癌輔助放療中，腎臟是需要重點保護的危及器官之一，4 野靜態調強計劃顯著降低了左腎和右腎的 V20 和 V30，以及右腎的平均劑量。在治療時間方面，隨著射野數和子野數的減少，照射時間逐漸減少。因此，具有較少的射野和子野數的 4 野靜態調強計劃在不降低胃癌放療 IMRT 計劃質量的同時，不但有效地保護了腎臟，還減少了治療時間。
除了射野和子野數目，機架角度、患者靶區和危及器官的信息以及射線能量的選擇同樣影響著 IMRT 計劃質量[20]。研究發現，當射野的個數確定以后，射野角度和子野數的再分配會進一步影響 IMRT 計劃的優化[21]。根據這一原則，我們進一步對胃癌 4 野靜態調強計劃進行了射野角度的優化，與傳統的均分 7 野靜態調強計劃不同，它選擇的射野角度是 310、20、90 和 180°。其中 90° 方向的水平野和 180° 方向的后野避免從腎臟方向設野，從而降低了腎臟的受量。另外只有 310° 的射野直接穿過了肝臟。因此，4 野靜態調強計劃的機架角度設置更有益于危及器官的保護。隨著子野數的減少，4 野靜態調強計劃的適形度逐漸減少（0.74±0.04 vs. 0.73±0.04 vs. 0.71±0.04，P<0.05），對于危及器官的保護也稍有不同，但差異較小。目前還沒有關于靶區適形度的較小差異與患者臨床情況相關性的研究[22]。
此外，放射治療中不能忽略的是治療時間對生物效應的影響和分次內的器官運動[23]。照射時間增加不僅會降低患者的舒適度，還會給治療帶來更多的風險[9]。胃癌放療需要快速完成有以下幾個原因：照射時間對腫瘤生物學特性的影響，患者的器官運動和擺位誤差，以及治療效率。從理論上講，照射時間取決于以下幾個因素：射野數目，子野數目，射野之間機架旋轉的時間，子野的形成時間，機器跳數和每個射野處理數據的時間。臨床應用發現影響照射時間的主要因素是計劃的射野和子野數目[24]。當最大子野數為 65 時，與 7 野均分和 5 野均分靜態調強計劃相比，4 野靜態調強計劃的治療時間分別減少了 40 s 和 39 s［（534.28±17.49）vs. （533.86±13.85）vs. （494.66±26.79）s］。當 4 野靜態調強計劃最大子野數設置從 65 減少為 45 和 25 時，治療時間分別進一步減少了 1.8 和 4.3 min，治療效率分別提高了 22.3% 和 52.4%。隨著射野和子野數目的減少，以及機器跳數的降低，治療時間的減少是必然的。本研究中最大子野數為 25 的 4 野靜態調強計劃使用了較少的機器跳數和較短的治療時間，這將極大地提高工作的效率。
本研究不足之處在于目前的研究樣本數據較小，并且只強調了不同靜態調強計劃的劑量學差異，沒有評估相應的臨床效果。下一步研究還需要增加樣本量，并評估臨床毒副作用和療效。
綜上所述，在胃癌輔助放療計劃中，使用較少射野和子野的 4 野靜態調強計劃在保證計劃質量的同時，能更好地保護危及器官，尤其是肝臟和腎臟，并且減少了照射時間，有助于提高治療效率。
