伽玛刀介绍

方林

昆明医学院附属昆华医院 眼科，云南 昆明 650032

伽玛刀介绍

方林

昆明医学院附属昆华医院 眼科，云南 昆明 650032

本文介绍60Co的特性以及伽马刀的工作原理，探讨了伽马刀在临床疾病治疗上的应用。

伽马刀；60Co；旋转聚焦；电子能量

0 前言

介绍伽玛刀前先要了解伽玛射线的制造者60Co。60Co是元素钴的一种放射性同位素，60Co 是 β- 衰变核素，半衰期为 5.272 年，发射 β- 射线和 γ 射线。β- 射线的最大 能 量 为 3.15×105eV，γ 射 线 的 能 量 有 1.17×106eV 和1.33247×106eV 两 种。3.7×107Bq 的60Co 重 8.85×10-4mg。3.7×107Bq 的60Co 点源在 1cm 远处的照射量率为 13.2R/h。60Co 属高毒性核素，对全身有影响，对人体的有效半减期为 9.5d， 在人体中的 最大容许积存量为 3.7×105Bq。60Co在放射性工作场所，如空气中和露天水源中的最大容许浓度分别为 0.33Bq/L 和 370Bq/L。60Co 的化学性质与元素钴相同。60Co 放射源的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，其常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐照保藏与保鲜等；在工业上，其常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物，以及用于厚度、密度、物位的测定和在线自动控制等；在医学上，其常用于癌和肿瘤的放射治疗。

1 伽玛刀

伽玛刀（Gamma Knife）是立体定向放射外科（Stereotactic Radiosurgery）的主要治疗手段，是根据立体几何定向原理，将颅内的正常组织或病变组织选择性地确定为靶点，使用60Co 产生的伽玛射线进行一次性大剂量地聚焦照射，使之产生局灶性的坏死或功能改变而达到治疗疾病的目的。由于放射线在靶区分布的特殊性，周围组织几乎不受影响，其靶区坏死边缘如同刀割，故形象称之为“伽玛刀”。 伽玛刀的治疗原理类似于放大镜的聚焦过程。把放大镜置于阳光下，放大镜下面会形成一个耀眼夺目的光斑，即焦点。焦点以外的地方，人的感觉如常，但在焦点处却有很高的热度，足以使一些物体点燃。当然，要想在人体内聚焦，用太阳光线是不可能，而必须采用具有穿透力的高能射线，如伽玛射线，同时要让伽玛射线聚焦也不像放大镜聚焦那样简单，而要综合利用核物理、计算机、生物放射、机电等一系列现代技术才能实现。因此，伽玛刀是20世纪末现代高科技的产物，作为一种崭新的无创伤治疗手段，它是医学治疗史上的一个革命性突破。由于射线束从各个方向穿越正常组织，正常组织所受的照射剂量非常分散，每单位体积的正常组织仅受到瞬时照射，因而正常组织得以保护，靶点以外的正常组织仅受到均匀、微弱剂量照射。只要将焦点对准病变部位，就可以像手术刀一样准确地一次性摧毁病灶，达到无创伤、无出血、无感染、无痛苦、迅速、安全、可靠的神奇疗效。

2 伽玛刀的发展历史及结构原理

1951 年，瑞典 Leksell教授首先提出了放射外科治疗的设想，并设计了第一个放射治疗设备。将第一代脑立体定向仪的C形臂上的导向仪与一个中电压的X射线球管相连接，使发出的X射线沿C形臂轨迹旋转，从而使射线汇聚于圆心靶点。第一例治疗的病人为三叉神经痛，靶点为三叉神经半月节，病人取得长期止痛的良好效果，不再需要手术治疗。在此基础上，Leksell与物理学家 Larsson 合作，采用回旋加速器所产生的质子束以及早期的直线加速器作为放射外科的工具，进行了一系列动物实验和临床研究，为寻求放射外科的不同治疗方式及应用不同放射线开创了良好的开端。

第一台伽玛刀于 1967 年研制成功，采用 179 个60Co 放射源，固定在半球样的头盔里，另配有三种可变换的外准直器，使射线束的直径分别为 4、8、14mm。 1974 年第二台伽马刀在瑞典 Karolinska 医院安装，1984 年第三台在阿根廷的 Buenos Aries 安装，1985 年第四台在英国的 Shiffield安装，后两台伽玛刀的放射性钴源增加到 201 个。1987 年第五台伽玛刀在美国 Pittsburg 大学医学院安装，增加了直径 18mm 的准直器，并且引入计算机系统使不同准直器可以根据治疗容积的大小在剂量计划中综合应用。此后伽玛刀日趋完善，并逐步扩展到了世界各地。

目前大多数正在使用的为 Leksell B 型伽玛刀，主要由内置钴源的半球形中央体、外准直器、治疗床、控制台和剂量计划系统构成。201 个钴源分布于中央体内，呈半截球形，每个源体长 20mm，直径 1mm。其又称钴针，初装时活度为 30Ci，共计约 6000Ci。用 18mm 的外准直器在16cm 的聚苯乙烯体模中心测量，其吸收剂量率为 3Gy/min。因为60Co 的半衰期为 5.27 年，经 5～7 年的使用后应更换钴源，以保证治疗剂量率，节省治疗时间。1999 年 Leksell C型伽玛刀诞生，将剂量计划的进步与机器人技术结合到了一起，主要特征包括：自动定位系统（APS）、头盔交换机、头盔运转车、坐标显微操作器，以及彩色编码的准直器和塞子。重大的突破在于省去了多等中心剂量计划中人工调整坐标的操作，自动定位系统会根据计算机建立的剂量计划中的靶点坐标，自动调整患者头部，移到相应坐标位置。第一台 C 型伽玛刀于 2000 年安装在美国 Pittsburg 大学。

1994 年 7 月在中国深圳诞生了世界上第一台旋转式伽玛刀，使用了 30 个60Co 放射源，装载在半球形的头盔中。其第二级准直器是一同轴半球形头盔，有6组孔，每组5个孔，孔的排列形式与放射源一致，通过调整准直器的某一组孔与放射源的对正位置可以形成直径分别为 4、8、14、18mm 的射线束。非治疗状态时，其可以使放射源对正在屏蔽位置以减少放射污染，治疗时放射源和准直器一同旋转，在靶点形成一个旋转聚焦的高剂量区。其主要优点为 ：① 高度自动化，无需人工更换外准直器 ；② 采用旋转聚焦的手段，使射线在靶区外的正常组织中分布更均匀，降低了正常组织的损伤 ；③ 在准直器上增加了屏蔽棒，进一步降低了辐射泄露 ；④ 钴源数量减少，降低了安装及换源的费用。

3 伽玛刀的使用

治疗时先用立体定位系统对病灶进行定位。立体定位系统是一个特制的坐标系，患者在立体定位系统相对固定后，通过 CT 、MRI 对病灶进行断层扫描显示出病灶与坐标系各参照点的相对位置。定位后，治疗计划系统自动对CT、MRI 扫描的图像进行处理，重建颅骨、病灶及其周围组织的三维形态，并依据医生给予的处方剂量进行治疗计划的设计，计算出治疗需要的靶点数、靶点坐标、照射时间和每个靶点使用的准直器号等。在接受到治疗计划系统的有关参数后，电气控制系统依次将各靶点送到焦点，并打开相应的准直器进行定量的照射。

主要治疗过程包括 ：① 患者头部固定立体定位框架 ；② 影像学扫描（CT 或 MRI）；③ 制订治疗计划和确定处方剂量 ；④ 实施治疗 ；⑤ 卸掉立体定位框架。全部过程大约需要 2～4h。

伽玛刀治疗肿瘤优势非常明显，具体来说，具有以下特点：

(1) 治疗简便 ：大约需要几分钟到几十分钟。

(2) 方便安全 ：患者不脱发，无严重不良反应，手术后不用输血、用药，不受饮食和活动限制，一般不用住院。

(3) 精确：治疗全过程均由计算机控制，可靠，疗效确切、精确、安全，正常组织无损伤。

(4) 无明显手术禁忌症 ：高血压病、身体状况及心脏病、治疗过程不受年龄、糖尿病和肺炎等并存病的影响，无手术禁忌症，尤其适合于不能耐受手术或麻醉者，对多发转移灶可一次性治疗。

(5) 不需麻醉 ：不需要特殊手术前准备、用药、无创伤、不出血，手术在清醒、无痛情况下进行。

保证伽马刀能够准确、有效治疗肿瘤的前提是伽马刀焦点的精度、焦点剂量率和焦点的绝对剂量以及参考点的相对剂量，这些参数是保证治疗病人的基本前提。对其各种机械、核物理、剂量、计划系统等参数进行了反复测量验证，并结合实际患者进行了治疗参数的测定和验证后，才应用于临床。

由于目前国内生产伽马刀的厂家较多，伽马刀的各项参数以及应用到个体患者的参数均有差别，这就要求医生对自己使用的伽马刀参数事先进行测量，做到心中有数。但由于各种各样的原因，据了解，很多医院均没有对使用机器的参数进行事先测定，使得治疗患者时医生完全依据生产厂家的测量参数进行操作，在治疗过程中就可能存在着一定的盲目性。伽马刀虽好，使用时也应格外谨慎。只有和临床医生、放射肿瘤专家、影像学专家共同研究讨论后，根据肿瘤的部位、性质、临床分期、治疗情况等决定是否应用该设备进行治疗。

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Introduction of Gamma Knife

FANG Lin
Ophthalmology Departmeng, Affiliated Kunming Medical College, Kunming Yunnan 650032, China

This paper introduces the characteristics of60Co and the operation principles of gamma knife, and probes into the clinical application of gamma knife.

gamma knife;60Co; rotating focusing;electron energy

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.01.042

1674-1633(2011)01-0111-02

2010-7-26

作者邮箱：fl963036@126．com