伽瑪刀介紹

方林

昆明醫學院附屬昆華醫院 眼科，云南 昆明 650032

伽瑪刀介紹

方林

昆明醫學院附屬昆華醫院 眼科，云南 昆明 650032

本文介紹60Co的特性以及伽馬刀的工作原理，探討了伽馬刀在臨床疾病治療上的應用。

伽馬刀；60Co；旋轉聚焦；電子能量

0 前言

介紹伽瑪刀前先要了解伽瑪射線的制造者60Co。60Co是元素鈷的一種放射性同位素，60Co 是 β- 衰變核素，半衰期為 5.272 年，發射 β- 射線和 γ 射線。β- 射線的最大 能 量 為 3.15×105eV，γ 射 線 的 能 量 有 1.17×106eV 和1.33247×106eV 兩 種。3.7×107Bq 的60Co 重 8.85×10-4mg。3.7×107Bq 的60Co 點源在 1cm 遠處的照射量率為 13.2R/h。60Co 屬高毒性核素，對全身有影響，對人體的有效半減期為 9.5d， 在人體中的 最大容許積存量為 3.7×105Bq。60Co在放射性工作場所，如空氣中和露天水源中的最大容許濃度分別為 0.33Bq/L 和 370Bq/L。60Co 的化學性質與元素鈷相同。60Co 放射源的應用非常廣泛，幾乎遍及各行各業。在農業上，其常用于輻射育種、刺激增產、輻射防治蟲害和食品輻照保藏與保鮮等；在工業上，其常用于無損探傷、輻射消毒、輻射加工、輻射處理廢物，以及用于厚度、密度、物位的測定和在線自動控制等；在醫學上，其常用于癌和腫瘤的放射治療。

1 伽瑪刀

伽瑪刀（Gamma Knife）是立體定向放射外科（Stereotactic Radiosurgery）的主要治療手段，是根據立體幾何定向原理，將顱內的正常組織或病變組織選擇性地確定為靶點，使用60Co 產生的伽瑪射線進行一次性大劑量地聚焦照射，使之產生局灶性的壞死或功能改變而達到治療疾病的目的。由于放射線在靶區分布的特殊性，周圍組織幾乎不受影響，其靶區壞死邊緣如同刀割，故形象稱之為“伽瑪刀”。 伽瑪刀的治療原理類似于放大鏡的聚焦過程。把放大鏡置于陽光下，放大鏡下面會形成一個耀眼奪目的光斑，即焦點。焦點以外的地方，人的感覺如常，但在焦點處卻有很高的熱度，足以使一些物體點燃。當然，要想在人體內聚焦，用太陽光線是不可能，而必須采用具有穿透力的高能射線，如伽瑪射線，同時要讓伽瑪射線聚焦也不像放大鏡聚焦那樣簡單，而要綜合利用核物理、計算機、生物放射、機電等一系列現代技術才能實現。因此，伽瑪刀是20世紀末現代高科技的產物，作為一種嶄新的無創傷治療手段，它是醫學治療史上的一個革命性突破。由于射線束從各個方向穿越正常組織，正常組織所受的照射劑量非常分散，每單位體積的正常組織僅受到瞬時照射，因而正常組織得以保護，靶點以外的正常組織僅受到均勻、微弱劑量照射。只要將焦點對準病變部位，就可以像手術刀一樣準確地一次性摧毀病灶，達到無創傷、無出血、無感染、無痛苦、迅速、安全、可靠的神奇療效。

2 伽瑪刀的發展歷史及結構原理

1951 年，瑞典 Leksell教授首先提出了放射外科治療的設想，并設計了第一個放射治療設備。將第一代腦立體定向儀的C形臂上的導向儀與一個中電壓的X射線球管相連接，使發出的X射線沿C形臂軌跡旋轉，從而使射線匯聚于圓心靶點。第一例治療的病人為三叉神經痛，靶點為三叉神經半月節，病人取得長期止痛的良好效果，不再需要手術治療。在此基礎上，Leksell與物理學家 Larsson 合作，采用回旋加速器所產生的質子束以及早期的直線加速器作為放射外科的工具，進行了一系列動物實驗和臨床研究，為尋求放射外科的不同治療方式及應用不同放射線開創了良好的開端。

第一臺伽瑪刀于 1967 年研制成功，采用 179 個60Co 放射源，固定在半球樣的頭盔里，另配有三種可變換的外準直器，使射線束的直徑分別為 4、8、14mm。 1974 年第二臺伽馬刀在瑞典 Karolinska 醫院安裝，1984 年第三臺在阿根廷的 Buenos Aries 安裝，1985 年第四臺在英國的 Shiffield安裝，后兩臺伽瑪刀的放射性鈷源增加到 201 個。1987 年第五臺伽瑪刀在美國 Pittsburg 大學醫學院安裝，增加了直徑 18mm 的準直器，并且引入計算機系統使不同準直器可以根據治療容積的大小在劑量計劃中綜合應用。此后伽瑪刀日趨完善，并逐步擴展到了世界各地。

目前大多數正在使用的為 Leksell B 型伽瑪刀，主要由內置鈷源的半球形中央體、外準直器、治療床、控制臺和劑量計劃系統構成。201 個鈷源分布于中央體內，呈半截球形，每個源體長 20mm，直徑 1mm。其又稱鈷針，初裝時活度為 30Ci，共計約 6000Ci。用 18mm 的外準直器在16cm 的聚苯乙烯體模中心測量，其吸收劑量率為 3Gy/min。因為60Co 的半衰期為 5.27 年，經 5～7 年的使用后應更換鈷源，以保證治療劑量率，節省治療時間。1999 年 Leksell C型伽瑪刀誕生，將劑量計劃的進步與機器人技術結合到了一起，主要特征包括：自動定位系統（APS）、頭盔交換機、頭盔運轉車、坐標顯微操作器，以及彩色編碼的準直器和塞子。重大的突破在于省去了多等中心劑量計劃中人工調整坐標的操作，自動定位系統會根據計算機建立的劑量計劃中的靶點坐標，自動調整患者頭部，移到相應坐標位置。第一臺 C 型伽瑪刀于 2000 年安裝在美國 Pittsburg 大學。

1994 年 7 月在中國深圳誕生了世界上第一臺旋轉式伽瑪刀，使用了 30 個60Co 放射源，裝載在半球形的頭盔中。其第二級準直器是一同軸半球形頭盔，有6組孔，每組5個孔，孔的排列形式與放射源一致，通過調整準直器的某一組孔與放射源的對正位置可以形成直徑分別為 4、8、14、18mm 的射線束。非治療狀態時，其可以使放射源對正在屏蔽位置以減少放射污染，治療時放射源和準直器一同旋轉，在靶點形成一個旋轉聚焦的高劑量區。其主要優點為 ：① 高度自動化，無需人工更換外準直器 ；② 采用旋轉聚焦的手段，使射線在靶區外的正常組織中分布更均勻，降低了正常組織的損傷 ；③ 在準直器上增加了屏蔽棒，進一步降低了輻射泄露 ；④ 鈷源數量減少，降低了安裝及換源的費用。

3 伽瑪刀的使用

治療時先用立體定位系統對病灶進行定位。立體定位系統是一個特制的坐標系，患者在立體定位系統相對固定后，通過 CT 、MRI 對病灶進行斷層掃描顯示出病灶與坐標系各參照點的相對位置。定位后，治療計劃系統自動對CT、MRI 掃描的圖像進行處理，重建顱骨、病灶及其周圍組織的三維形態，并依據醫生給予的處方劑量進行治療計劃的設計，計算出治療需要的靶點數、靶點坐標、照射時間和每個靶點使用的準直器號等。在接受到治療計劃系統的有關參數后，電氣控制系統依次將各靶點送到焦點，并打開相應的準直器進行定量的照射。

主要治療過程包括 ：① 患者頭部固定立體定位框架 ；② 影像學掃描（CT 或 MRI）；③ 制訂治療計劃和確定處方劑量 ；④ 實施治療 ；⑤ 卸掉立體定位框架。全部過程大約需要 2～4h。

伽瑪刀治療腫瘤優勢非常明顯，具體來說，具有以下特點：

(1) 治療簡便 ：大約需要幾分鐘到幾十分鐘。

(2) 方便安全 ：患者不脫發，無嚴重不良反應，手術后不用輸血、用藥，不受飲食和活動限制，一般不用住院。

(3) 精確：治療全過程均由計算機控制，可靠，療效確切、精確、安全，正常組織無損傷。

(4) 無明顯手術禁忌癥 ：高血壓病、身體狀況及心臟病、治療過程不受年齡、糖尿病和肺炎等并存病的影響，無手術禁忌癥，尤其適合于不能耐受手術或麻醉者，對多發轉移灶可一次性治療。

(5) 不需麻醉 ：不需要特殊手術前準備、用藥、無創傷、不出血，手術在清醒、無痛情況下進行。

保證伽馬刀能夠準確、有效治療腫瘤的前提是伽馬刀焦點的精度、焦點劑量率和焦點的絕對劑量以及參考點的相對劑量，這些參數是保證治療病人的基本前提。對其各種機械、核物理、劑量、計劃系統等參數進行了反復測量驗證，并結合實際患者進行了治療參數的測定和驗證后，才應用于臨床。

由于目前國內生產伽馬刀的廠家較多，伽馬刀的各項參數以及應用到個體患者的參數均有差別，這就要求醫生對自己使用的伽馬刀參數事先進行測量，做到心中有數。但由于各種各樣的原因，據了解，很多醫院均沒有對使用機器的參數進行事先測定，使得治療患者時醫生完全依據生產廠家的測量參數進行操作，在治療過程中就可能存在著一定的盲目性。伽馬刀雖好，使用時也應格外謹慎。只有和臨床醫生、放射腫瘤專家、影像學專家共同研究討論后，根據腫瘤的部位、性質、臨床分期、治療情況等決定是否應用該設備進行治療。

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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

作者郵箱：fl963036@126．com