一文读懂放疗设备系列之伽马刀

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前言
放疗在肿瘤治疗中扮演着非常重要的角色，根据WHO的统计约45%的肿瘤是可以治愈的，治愈的肿瘤中约40%是由放疗治愈的。约70%的肿瘤患者在不同阶段需要接受放疗，但是我国整体接受放疗的患者比例很低。据统计，2015年我国新发肿瘤429万例，存活的肿瘤患者保守估计在1500万，但是2015年我国接受放疗的患者总计为91.9万人次，可见我国肿瘤患者接受放疗的比例之低。

我国接受放疗的患者比例低是多方面原因造成的，其中一个原因是大众缺乏对放疗的了解。而形形色色的各种放疗的“刀”也让患者更为疑惑。为加强患者对放疗的认识，帮助患者选择正规的放疗，我们将分别对放疗的一些设备进行介绍。今天给大家介绍的就是专门治疗脑部病变的伽马刀。

关键词：放疗，脑肿瘤，脑部病变，伽马刀
伽马刀的历史
伽马刀是由瑞典的脑外科医生Lars Leksell于1967年发明的。Leksell医生设计出伽马刀这个产品最初的想法，包括治疗的疾病、目的和工作原理都借鉴于脑外科，准确地说是借鉴于立体定向外科手术Stereotactic Surgery。

                                           发明伽马刀的Lars Lekshell医生
立体定向外科手术是一种微创的手术方式，使用三维坐标系统来定位体内小的目标，并实施一些操作例如消融，活检，注射，刺激，植入，放射外科治疗等。理论上来讲，体内任何器官系统都可以做立体定向外科手术。但是，困难在于设立一个可靠的参照系（例如与软组织有恒定空间关系的骨标志物），

立体定向外科最早使用的是探针和电极，如果要简单的理解从立体定向外科到伽马刀的技术转换的话，可以简单的认为这意味着这种实施，传统上以及最近都局限于神经外科，因为颅内的组织和头骨的空间关系是恒定的。就算是这样，也需要采用外固定来固定头部。如下图所示。Leksell医生用射线代替探针和电级来治疗脑部良性或恶性病变。伽马刀的优点是避免了外科手术的危害，使用单次大剂量的射线来治疗脑内深部的病变，且没有出血或者感染的风险。
当然了这过程中Leksell教授进行了多年深入的研究，来确认立体定向放射外科的理想放射源和设备。直线加速器（光子）和同步回旋加速器（质子）都被尝试并评估过。但是在精确度，可靠性，简单性，病人的安全性，费用或可操作性都不能让人满意。最终，一套用于放射外科设备的标准被制定，针对这些需求的采用钴60源的伽玛刀设备被开发出来。
什么是伽马刀？

伽马刀的特性：
伽马刀是采用多个钴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，把高的放射剂量投照到小的肿瘤靶区上，这是一种单次的大分割放疗。伽玛刀并不是真正意义上的手术刀，刀的意思是指在短时间内对肿瘤组织进行大剂量的照射，产生类似于手术切除的效果。但医生并没有给病人开刀。取而代之的是伽玛刀将放射线精确的聚焦在颅脑肿瘤、损伤或其他病灶区。
伽马刀使用的射线为伽马射线。放射性元素钴60通过贝塔衰变产生2种单能的伽马射线，分别为1.17 和 1.33 MeV。钴60伽马射线的深度剂量分布与4MV光子线类似。钴60的半衰期为 5.27年。由下图可以看出伽马刀对比其他光子放疗设备，能量是较弱的。

“刀”的技术特点：
既然大家都叫刀，有更锋利、对肿瘤的杀伤更大更狠的含义，这种刀的放疗，射线从各个方向，集中聚焦到肿瘤上，对比较局限的肿瘤上，一般不超过3cm大小的话，能有一个比较好的能量聚集。类似于我们小时候玩的放大镜，聚焦太阳光用最全的亮点去点燃火柴，偏离一小段距离，火柴就难以点燃。（图）在远离肿瘤1-2cm的区域，剂量跌落很快，正常组织的损伤就不显著了（体现了对正常组织的“保护”）。这就是类似刀切割的剂量分布，这是以刀来命名的根本原因。
不难理解，如果这么高的剂量分布（想象一下放大镜聚集太阳光的亮点），有一些打偏，离开肿瘤的位置即便是偏离了2cm，那么就会出现严重的放射损伤，高的放射剂量就会打到脊髓上，造成截瘫，打到胃肠道，造成出血穿孔，造成严重的不良后果。
为了不让射线对聚集射线的的高能量区域打到指定的肿瘤位置（肿瘤靶区），需要主要做两方面的工作，通俗的讲：一是让靶区尽量不动，两外一个是要引导射线聚集的区域打到指定的区域，类似于激光制导导弹一样，要非常精确的“告诉”射线，需要打到的靶区位置，必要时要实时调整射线和靶区相对的方位。
脑部疾病由于头部颅骨是刚性固定的，因而靶区是不会动的。并且可通过三维坐标系统，通过CT和MRI等影像，精确的确定肿瘤的位置，如图所示。

但是身体其他部位的肿瘤，如肺和肝的情况就不一样了，因为身体部位是相对柔软的，体内的肿瘤又随着呼吸产生明显的位置移动，在体部模拟应用伽马刀的治疗基本上是不可能的，后续的文章我们会探讨这一问题。既然如此，为什么中国这么多患者接受了中国首创也是独创的体部伽马刀治疗呢？只能说民营老板承包的体部伽马刀科室花3000块（现在涨到了5000）向外科医生买一个患者还是很值得的，毕竟一个体部伽马刀疗程几万呢，赚的盆满钵满。
伽马刀主要治疗什么疾病，疗效如何？和其他治疗方式比较如何？
脑部伽马刀不是一种实验性治疗。对治疗脑部肿瘤和神经功能性疾病上，疗效确切。有超过20多年临床实践经验，治疗了超过85万例患者。在医学主流期刊杂志上发表了超过2500篇医学论文。临床结果报道，脑部伽马刀和其他神经外科治疗手段一样有效，但副作用和并发症更低。

伽马刀治疗的一系列神经系统疾病：

• 脑部恶性肿瘤：例如脑转移瘤，神经胶质瘤
  
• 脑部良性肿瘤：前庭神经鞘瘤，脑膜瘤，垂体瘤等
  
• 脑血管病变：如动静脉畸形
  
• 脑部功能性病变：面部神经疼痛(三叉神经痛)等
  
  
  

DataSource：Leksell Gamma knife Society, worldwide 2009 statistics
脑部伽马刀和射波刀，直线加速器（X刀）的对比
除了伽马刀，直线加速器和射波刀也能用于颅内病灶的治疗。对比射波刀和直线加速器，伽马刀的精度更高，误差范围更小（小于0.5毫米），但需要的摆位时间和治疗时间更长，更适范围较小的，动度不大的病变，如颅内直径小于3cm的病变，动静脉畸形等。
X刀是使用直线加速器的基础上，借助于专用的不同大小的准直器，进行分次治疗。其半影相对较小，准直器的直径范围较宽，适用于治疗相对较大的肿瘤或活动度明显的病变，如肺、肝等胸腹部会随着呼吸运动的肿瘤。
射波刀是用X射线进行放射治疗外科的专用放疗设备。采用的是机器人“拿”着的小型直线加速器的方法，模拟在伽马刀在三维空间上用小野对病灶进行照射。因为空间较大，可进行实时的影像跟踪和引导。剂量率也相对较高，病人的照射时间较伽马刀照射一般能明显缩短。
伽马刀和直线加速器，射波刀的对比如下：

伽马刀治疗的主要流程
脑部伽马刀一般治疗一次。有时根据临床情况需要进行数次。

（1）头架固定
专用的立体定位头架-是伽玛刀的关键组成部分，用于医生精确定位颅内病灶。轻质头架通过四个小螺钉定位在患者的颅骨上，以确保放射射线精确地定位在治疗靶区。同时头架还可防止治疗过程中头部治疗靶区的偏移，确保了仅有头内靶区将会得到照射。
（2）影像扫描
头架固定完成后，使用MRI或CT实施影像资料的采集和校准，用于确定靶区位置，形状和大小。如果医生实施颅内血管性疾病的治疗，还要进行血管造影检查。
（3）放疗计划制定
影像资料获取完成后，医生用伽玛刀三维治疗计划系统软件完成放疗计划的制定。一个计划专属对应于一个患者。
（4）伽马刀治疗
放疗计划完成后，患者将躺在治疗床上并将头架固定在头盔上，进行第一次治疗。整个治疗过程患者处于清醒状态并可通过视频聊天与工作人员交流。

当治疗开始时，病人在治疗床上，被移进圆形治疗舱内。整个治疗过程将被实时监控。治疗过程持续数分钟到数十分钟。
（5）随访和康复
伽玛刀的治疗目的是阻止肿瘤或病灶的生长，但并不是立即消失，而是需要经过数周乃至数月的时间。在此过程中医生将与你保持联系，通过定期的MRI或CT检查以观察和评估治疗效果。
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