立体定向技术在头部伽玛刀中的应用

方应洪 韩金安

（解放军第四七七医院神经外科头部伽玛刀中心，湖北 襄阳 441003）

现代头部伽玛刀（Gamma-knife）治疗技术是神经外科立体定向技术、医学影像学和放射治疗学的有机结合。立体定向技术的发展有效地促进了伽玛刀治疗技术的进步。作为神经外科的一个分支，立体定向神经外科系利用影像学定位和定向仪引导，将微电极、穿刺针等显微器械置入脑内特定靶点；通过记录电生理、留取组织标本、产生毁损灶、去除病灶等方法，诊断和治疗中枢神经系统的各种病症。立体定向神经外科主要特点是定位精确和创伤性小，现今在治疗神经外科疾病方面正发挥越来越重要的作用。近年来，立体定向放射外科（stereotactic radiosurgery）[1]也归于此范畴，即利用影像学定位和定向仪引导，将各种放射线精确地引导致脑内特定靶点，通过精确地控制放射剂量和放射范围以达到治疗的目的。头部伽玛刀治疗技术就是一典型代表。

1 立体定向神经外科的发展

立体定向神经外科是在神经外科的基础上发展起来的，经历了较漫长的时期。20世纪的前70年，可视为立体定向手术发展的早期阶段。这一阶段的特点是依靠颅骨上或脑内的一些特定标记，通过X线拍片进行靶点的间接定位。这一过程常常需要经过周密复杂的计算方能完成。其代表是美国学者Spiegel和Wycis于1947年应用自制的立体定向仪，把前连合（AC）和后连合（PC）作为脑内的参照点，完成了首例病人的立体定向手术；其主要标志是利用X线进行脑室造影定位，用参考靶点推算不可见靶点，治疗范围基本上为功能性神经外科疾病[2]。

20世纪70年代以后，计算机、先进影像学和定向仪的发展打破了立体定向神经外科停滞不前的僵局，使其在国际范围内再次掀起高潮。现代立体定向手术进入一个以计算机技术为基础，以CT、MRI引导方法为代表的，能够治疗多种疾病的崭新阶段[3,4]。计算机技术对于立体定向神经外科的发展具有决定性的影响；使立体定向手术范围明显扩大，手术效果不断提高。1972年CT问世，为现代医学影像学奠定了基础；80年代初，MRI体层成像逐步兴起，增添了新的诊断和定位工具。CT、MRI扫描可以直接显示颅内病变及其靶点，避免了脑室造影间接定位不够精确、术后并发症较多的缺点，使得立体定向手术更加安全、可靠，开创了立体定向神经外科的新纪元。

如今利用新的立体定位技术和各种高分辨率的扫描技术（如CT、MRI、DSA、PET等），可以对脑内任意靶点或靶体积进行精确定位。不同影像学检查产生的数字化信息，可以经立体定向系统中的计算机，完全、迅速地加以整合处理，极大方便了术者进行立体定向手术操作和伽玛刀治疗靶点的确定。伴随先进影像学引导技术的发展，现代立体定向仪也在不断更新。CT、MRI与立体定向仪融合技术的出现，使立体定向得到飞速发展[5]。如今先进的立体定向仪头部框架（或基环）常常能够达到CT、MRI兼容，这样进行不同引导方式扫描时，只需更换定向仪的定位标志即可，使用十分方便。

国内立体向定向神经外科的发展主要集中在以下几个方面[6,7]：①功能神经外科疾病：如深部核团电刺激治疗帕金森病手术；②CT、MRI引导下的立体定向神经外科：包括诊断和治疗手术；③立体定向放射外科：如r-刀、X-刀；④神经外科导航系统和机器人辅助立体定向神经外科：主要用于脑深部肿瘤的间质内放射治疗；⑤立体定向内镜：用于脑深部肿瘤及功能区的手术；⑥立体定向神经细胞移植术：治疗帕金森病和创伤性脑损伤。

2 立体定向技术在头部伽玛刀中的应用

瑞典的Leksell教授是国际上最早认识到立体定向技术既能用于诊断，又能用于治疗脑内病灶的学者之一。其最早提出立体定向放射外科的概念：利用立体定向技术对颅内靶点精确定位，单次大剂量放射线集中照射于靶组织，使之产生局灶性坏死，从而达到类似手术治疗的效果。由于放射剂量集中分布在靶组织内，在靶组织边缘则剂量锐减，因此靶组织以外的脑组织只接受较小的照射剂量[8]。

1951年，Leksell和他的同事们(物理工程师和放射治疗师)，将应用直线加速器、立体定向仪、X线组成的放射治疗系统第一次提出伽玛刀（Gamma-knife）的概念。1968年，世界第一台伽玛刀系统在瑞典的Stockholm安装。90年代，中国在国际上率先研制出旋转式伽玛刀，主要由放射外科系统、立体定位系统、电气控制系统和治疗计划系统等四个子系统构成。目前全世界主要有二类头部伽玛刀产品，一种是瑞典医科达（Elekta）公司生产的静态式伽玛刀，另一种是国内几家公司（奥沃公司、玛西普、武汉康桥公司）设计生产的旋转式伽玛刀。这两种伽玛刀均可获得良好的治疗效果，制造商的资料显示其治疗精度可达0.3mm，奥沃旋转式伽玛刀设备性能与Leksell伽玛刀的比较已见报到[9]。

头部伽玛刀立体定位基础：利用Leksell立体定向仪的定位原理，空间任意一点的位置都可以由三维坐标系统所确定。不同的三维坐标数值代表着脑内的不同靶点。确定直角坐标系中的任意一个靶点，只要分别测量出靶点与三个坐标平面的垂直距离，就可得出其三维坐标数值。这是伽玛刀治疗确定病灶靶点的基础。立体定位技术的发展，经历了一个从X线拍片到CT、MRI扫描的过程；这个过程的显著特点是使靶点的间接定位进展到直接定位。现今发展的PET扫描，则又将解剖学定位发展至功能定位。CT、MRI扫描定位不仅能准确定位靶点，而且可将靶点周围的脑组织结构清晰地显示出来。手术者可以方便地在CT、MRI片子上直接测量靶点，伽玛刀治疗精确度进一步提高。

旋转式伽玛刀基本构成：主要有Leksell立体定位框架，MRI/CT框架和适配器，定位支架，治疗床，治疗计划系统，控制台等组成。其基本操作程序为：安装立体定向头架，病灶定位，治疗规划，实施照射，去除头架，包扎创口等。其中治疗规划是整个治疗过程的关键步骤：将病灶定位的影像学资料输入计算机工作站，在每张图像上勾画出病灶边界和颅内某些重要结构的轮廓，如眼球、视神经、视交叉、脑干等，并对上述结构进行三维重建。根据病灶的大小和形状，选择不同大小的准直器和靶点数目；依据病变性质，选择合适的照射剂量和照射时间。在治疗规划时，应反复比较各种治疗方案，使所给剂量尽可能多地集中在靶区内，而颅内重要功能结构的受照剂量应尽可能低。

目前，临床上利用伽玛刀治疗颅内小病灶应用较为普遍；伽玛刀治疗原发性三叉神经痛[10]，伽玛刀治疗脑干部位动静脉畸形[11]，显微手术联合伽玛刀治疗上矢状窦旁脑膜瘤[12]等均取得良好疗效。近年来对于囊性颅咽管瘤采用立体定向置管抽吸囊液结合伽玛刀治疗也不失为一个好的办法[13]。

总之，随着近年来CT、MRI、PET、DSA等先进影像技术的不断发展，伽玛刀在神经外科及其它学科的应用范围日趋扩大，治疗适应证也正进一步增加，对某些疾病的治疗方法及放射剂量逐步规范化。伽玛刀以其无创作性、准确性和有效性等优势，正逐步进入传统需要手术的学科，并且对某些疾病有取代开颅手术的趋势。随着计算机技术、影像学技术、神经外科技术和立体定向技术的发展，作为多学科技术的结晶，伽玛刀技术会不断的进步。

但必须强调：伽玛刀是当代高科技发展用于治疗脑部疾病的一种高精度、高性能、高疗效的精尖端手术仪器，可把许多危及人脑健康的病变彻底消除，但若应用不当又可造成严重或致死性并发症。许多脑外科疾病用手术方法仍是第一位的选择，伽玛刀是手术的一种有益的补充而不能代替所有手术。用伽玛刀治疗脑部病变是一种相当严密的科学方法，对剂量的计算，靶点坐标的确定、剂量曲线规划、中心及周边剂量分布均衡的调控、准直器口径的选择、计算处理及γ线输出剂量参数，靶灶边缘准确剂量分布及中心区剂量的重叠与病灶形态变化的精确吻合等等是一系列精细复杂、严密仔细的操作过程，虽然有计算机辅助，必须严格认真进行，不得潦草从事和任意确定。

[1]Niranjan A,Lunsford LD.Rediosurgery:Where we were,are,and may be in the third millennium[J].Neurosurgery,2000,46(3):531.

[2]Leksell L.The stereotactic method and radiosurgery of the brain[J].Acta Chir Scand,1951,102(4):316-319.

[3]Otsuki T,Jokura H,Yoschimoto T.Stereotactic guiding tube for opensystem endoscopy:A new approach for the stereotactic endoscopic resection of intra-axial tumors[J].Neurosurgery,1990,27(3):326.

[4]Glidenberg PL,Tasker RR.Textbook of Stereotactic and Functional Neurosurgery[M].New York:McGraw Hill,1996:49.

[5]Greenblatt SH,Rayport M,Savolaine ER,et al.Computed tomographyguided intracranial biopsy and eystaspiration[J].Neurosurgery,1982,11(6):589.

[6]许建平.25年来我国立体定向和功能神经外科的兴起和发展[J].立体定向和功能神经外科杂志,1990,3(1):3-5.

[7]王忠诚.治疗帕金森综合征的新方法[J].中华神经精神科杂志,1990,6(2):80-83.

[8]Larsson B,Leksell L,Rexed B,et al.The high-energy proton beam as a neurosurgical tool[J].Nature,1985,182(10):1222-1223.

[9]Goetsch SJ,Murphy BD,Schmidt R,et al.Physiscs of rotating gamma systems for stereotactic radiosurgery[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,1999,43(6):689-696.

[10]宗建华,刘华峰,董玉霞,等.伽玛刀治疗原发性三叉神经痛的疗效[J].中国微创外科杂志,2010,10(4):365-367.

[11]钱伟,黄润生,房景玉,等.伽玛刀治疗脑干部位动静脉畸形[J].立体定向和功能性神经外科杂志,2010,23(2):103-105.

[12]林富禄,朱红胜,刘君等.显微手术联合伽玛刀治疗上矢状窦旁脑膜瘤35例[J].人民军医,2010,53(12):938-939.

[13]Barajas MA,Guadalupe RC,Carlos RV,etal.Multimodal management of craniophary ngiomas:neuroendoscopy,microsurgery and radiosurgry[J].J Neurosurgery,2002,97(Suppl): 607-609.