放疗的未来是直线加速器，可能没有伽马刀

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2022年，我国出台政策鼓励支持“设备购置和更新改造”。截至目前，从各地已经审批项目中，肿瘤放射治疗设备也频频出现。由于此类设备单价极高，配置设备前必须充分论证，才可能在未来十几年保持较好的使用体验。
在放疗设备中，最广为人知的是伽马刀和直线加速器，也是最贴近“常规医院”的。那么，到底是配置伽马刀还是直线加速器呢？
本质上来说，这是由临床应用场景决定的。但从技术发展来看，放射治疗的未来属于直线加速器，伽马刀会越来越“弱势”。

各种放射治疗设备(来自网络)
1“刀”是什么样的刀？


在放射治疗设备中，我们经常听说伽马刀、射波刀、X刀、速锋刀、质子重离子刀等。不过，即便从事医疗工作的人，也未必完全搞得清楚。
“刀”的概念其实来自于外科，比如各种外科手术刀。对放射外科(Radiosurgery)来说，“刀”是对射线的形象称呼，即使用不同角度体外放射的方法，将能量聚焦在病灶，在破坏肿瘤的同时保护周围正常组织，其治疗结果像用刀切除一样使肿瘤坏死消失，同时避免了出血、感染、麻醉意外等传统外科常见的并发症。从某种意义上，放射治疗就像不开刀的手术。依据高能射线的性质，通常将“刀”可分为两大类：光子束(γ射线、X射线)和粒子束(质子束、重离子束)：1）光子束：伽玛刀、陀螺刀、X光刀、拓姆刀(Tomo Therapy)、速锋刀(EDGE)、射波刀(Cyber Knife)；2）粒子束：质子刀（Proton Knife）、重离子刀；
1951年，伽马刀之父 Lars Lekshell基于立体定向外科原理，提出立体定向放射外科（Stereotactic Radiosurgery，SRS），首个立体定向外科工具是X射线源沿着C型臂运动使得每次射束均通过病灶达到聚焦目的，并成功应用于三叉神经痛。此后，Lekshell 使用不同的射线源进行研究，包括质子束和早期直线加速器产生的X光，随后发现钴60衰变产生的伽马射线也可用作放射治疗。

Lekshell 教授与头架(来自网络)
1967年，全球首台伽马刀问世，距今已有55年。1994年，我国首台伽马刀问世，直到1997年我国正式确定“立体定向放射外科”这一专有名词。因此，在相当长的一段时间内，伽马刀一度被认为是立体定向放射外科(SRS)设备的代名词。然而，随着直线加速器技术的不断进步，也出现了各种“刀”，有的加速器已经用“刀”来命名，如“速锋刀”，其也是利用短时间高剂量率的X射线，精准地对病灶进行杀灭。一直以来，传统观念是直线加速器的优势是照射范围大，但是应用于神经外科学上面，精度就值得怀疑。不过，这个认知属于知识陈旧的体现，是要改变的。
因此，我们从技术逻辑、应用范围、采购趋势几个方面来探讨伽马刀和直线加速器。
2技术逻辑
放射治疗原则是尽可能将剂量集中于病灶，同时尽可能保护正常组织和危及器官，这就要求病灶外的区域“剂量跌落”尽可能地快，最好是陡峭式跌落。
伽马刀
对于比较局限且一般不超过3cm的肿瘤，伽马刀有比较好的能量聚集。这是因为，伽马刀采用多个钴60源和非共面小野(如201个准直器孔的小野)，应用立体定向框架，以一种非常准确的方式(精度可达0.5mm)，把高的放射剂量投照到小的肿瘤靶区上，即单次大分割放疗。

伽马刀(来自网络)
伽马刀所用的是由放射性元素钴60通过β衰变产生伽马射线，即2种(1.17 MeV 和 1.33 MeV)单能的伽马射线。钴60伽马射线的深度剂量分布与4MV光子线类似，相较于直线加速器、射波刀等光子放疗设备，其能量是比较弱的。

相对剂量表(来自网络)
需要说明的是，当钴源到达一定使用时间后就需要更换，相当于刀锋磨损。此外，钴60对人体有严重伤害且其半衰期高达 5.27年，作为放射源类危险品，其管理是非常严格的，而且越来越严。
直线加速器
与伽马刀最大的不同是直线加速器的射线类型不同，直线加速器采用微波加速管激发高能X射线，提供更多档位调节X射线能量，以适应不同深度肿瘤治疗。比如6MV、10MV甚至更高，且剂量率稳定，也不存在放射源剂量水平下降和剂量学重新计算的问题，即刀锋可选，且不磨损。
此外，直线加速器的计划、验证、QA也更加容易。如果将伽马刀的放射源比作一块火炭，那直线加速器就是电炉，随用随热。

直线加速器(来自网络)
在神经外科最关心的精度方面，直线加速器早已不再是1-3mm的水平，随着High Definition  MLC（高分辨多叶光栅）的使用，其精度也可达到0.5mm甚至更低的水准。这对放疗计划的设置、外放的减少等具有重要意义。伽马刀所适应的良恶性肿瘤尺寸，加速器同样可以应对。由于其聚焦区域是球形，伽马刀更适用于类圆形的病灶。对于3cm以上，形状不规则的肿瘤方面，因为多叶光栅的存在，加速器适形度更佳。此外，直线加速器还可以配置立体定向锥筒技术(CONE)来进行出束，即影像引导下的X光刀，可实施先进、高精度的放射治疗技术，与常规分割照射技术相比，锥筒技术治疗更加精准、效率更高、副作用更小。
患者体验和治疗效率对比
从患者体验角度，神经外科的定位一般使用头架、头钉等，伽马刀也继承了这些设施，严格来说属于微创。从治疗效率角度，伽马刀一般进行一次性治疗，根据病灶大小、位置等因素，时常在十几分钟至一个小时以上。

伽马刀的头架安装(来自网络)
从患者体验角度，直线加速器定位时不需要附属设备，患者没有痛苦，同时加速器具备机载影像(CBCT)也能在治疗前根据骨性结构进行对位。从治疗效率角度，如果不算摆位时间，加速器的出束治疗时间在1到数分钟。直线加速器进行SRS大分割治疗(将处方剂量集中在1-5次照射)的剂量投递效率更高，患者治疗时间更短，对于不能接受久卧的患者更加友好。

伽马刀和直线加速器对比(来自网络)
3应用范围


不难发现，伽马刀是为神经外科而生。至于其能否在体部应用，本文不作深入讨论。直线加速器从适形放疗(3DCRT)、调强放疗(IMRT)、容积旋转调强放疗(VMAT)等发展历程来看，主要用于全身良恶性肿瘤的放射治疗。

伽马刀适应症(来自网络)
以往，放射治疗是常规分次治疗，一个疗程照射在25-30次。不过，随着设备技术的提高，直线加速器早可以将一个处方剂量在1-5次治疗内进行大剂量精确投递，从而将普通放疗进化为一把刀锋。从这个意义上来讲，作为立体定向放射外科的刀锋，只是直线加速器的一个应用分支。此外，大部分放射治疗还是传统投照，不作为刀使用，显然伽马刀并没有这个场景。
传统普遍认为，直线加速器主要服务于肿瘤科。至于直线加速器何时能作为神经外科的刀锋，这需要神经外科医生了解并接受直线加速器的各种新技术。

直线加速器进化为刀锋(来自网络)
更重要的是，由于高端直线加速器具备运动追踪管理、剂量调制等优势，还可以作为体部的手术刀来使用，比如肺癌、胰头癌、肝癌、前列腺癌的治疗。因此，也就有了体部立体定向放射治疗(SBRT)这个概念。此外，应对心律不齐的放射治疗，还可以使用立体定向消融放射治疗(SABR)，高效且无创。
根据2020年发表于《中国肿瘤》杂志的“2019年全国放疗人员与设备调研报告”，使用直线加速器进行SBRT的比例还比较低，这说明使用直线加速器做“刀”在我国还没有广泛普及。

SBRT技术在我国应用比例较低(来自网络)
然而，根据“美国脑转移立体定向放射外科实践模式的全国性调查”显示，对于脑转移肿瘤的治疗方式，直线加速器已经占据绝对地位，然后才是伽马刀、射波刀。

直线加速器应用在脑部肿瘤在美国广泛普及(来自网络)
最重要的是，伽马刀单次治疗仅针对颅内一个病灶。而对于多发脑转移瘤，高端直线加速器现在有“超弧刀”这种多靶点一次性治疗方案，可以使用一键式非共面立体定向技术一次性照射多个病灶，一次治疗时间在15分钟以内，效率大大提高，给多发脑转移瘤患者带来了希望。

一键非共面治疗多发脑转(来自网络)




4采购趋势
通常，伽马刀单价约500~2000万元，应用于脑部肿瘤；而直线加速器则贵得多，2000~4000万元，应用于全身肿瘤。从价格来看，伽马刀显然更有“胜算”，然而事实并不是如此。
根据国家卫健委大型医用设备配置规划，2020年底全国累积配置直线加速器（含X刀）3405台，伽玛刀296台。我们可以发现，伽马刀相当“冷门”。
这是因为，尽管伽马刀聚焦于颅内单病灶应用，对于单个、体积小的良恶性病灶的确仍具备其价值。但基于直线加速器的放射治疗外科的疗效、应用范围已逐渐被认可，高端直线加速器配备各种立体定向放射外科平台在很大程度上可以兼容伽马刀的应用场景，并且在颅内多发脑转移、体部肿瘤具备更大潜力。

直线加速器SRS/SRBT技术愈发普及(来自网络)
从技术角度，由于放射治疗外科有很大的增长前景，也就催生了高端立体定向技术平台直线加速器的需求。比如，基于直线加速器的SRS/SRBT技术的普及与推广，以及专为立体定向放射外科打造的加速器平台的出现。因此，未来伽马刀会越来越“弱势”。从采购角度，考虑放疗设备的使用寿命通常是15年，建议慎重考虑。至于选择加速器还是伽马刀，需要结合具体预算、放疗能力、神经外科和多学科诊疗(MDT)水平等诸多方面进行衡量。不过，无论如何，直线加速器兼容并取代伽马刀，显然是必然趋势。。。



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