立體定向技術在頭部伽瑪刀中的應用

方應洪 韓金安

（解放軍第四七七醫院神經外科頭部伽瑪刀中心，湖北 襄陽 441003）

現代頭部伽瑪刀（Gamma-knife）治療技術是神經外科立體定向技術、醫學影像學和放射治療學的有機結合。立體定向技術的發展有效地促進了伽瑪刀治療技術的進步。作為神經外科的一個分支，立體定向神經外科系利用影像學定位和定向儀引導，將微電極、穿刺針等顯微器械置入腦內特定靶點；通過記錄電生理、留取組織標本、產生毀損灶、去除病灶等方法，診斷和治療中樞神經系統的各種病癥。立體定向神經外科主要特點是定位精確和創傷性小，現今在治療神經外科疾病方面正發揮越來越重要的作用。近年來，立體定向放射外科（stereotactic radiosurgery）[1]也歸于此范疇，即利用影像學定位和定向儀引導，將各種放射線精確地引導致腦內特定靶點，通過精確地控制放射劑量和放射范圍以達到治療的目的。頭部伽瑪刀治療技術就是一典型代表。

1 立體定向神經外科的發展

立體定向神經外科是在神經外科的基礎上發展起來的，經歷了較漫長的時期。20世紀的前70年，可視為立體定向手術發展的早期階段。這一階段的特點是依靠顱骨上或腦內的一些特定標記，通過X線拍片進行靶點的間接定位。這一過程常常需要經過周密復雜的計算方能完成。其代表是美國學者Spiegel和Wycis于1947年應用自制的立體定向儀，把前連合（AC）和后連合（PC）作為腦內的參照點，完成了首例病人的立體定向手術；其主要標志是利用X線進行腦室造影定位，用參考靶點推算不可見靶點，治療范圍基本上為功能性神經外科疾病[2]。

20世紀70年代以后，計算機、先進影像學和定向儀的發展打破了立體定向神經外科停滯不前的僵局，使其在國際范圍內再次掀起高潮。現代立體定向手術進入一個以計算機技術為基礎，以CT、MRI引導方法為代表的，能夠治療多種疾病的嶄新階段[3,4]。計算機技術對于立體定向神經外科的發展具有決定性的影響；使立體定向手術范圍明顯擴大，手術效果不斷提高。1972年CT問世，為現代醫學影像學奠定了基礎；80年代初，MRI體層成像逐步興起，增添了新的診斷和定位工具。CT、MRI掃描可以直接顯示顱內病變及其靶點，避免了腦室造影間接定位不夠精確、術后并發癥較多的缺點，使得立體定向手術更加安全、可靠，開創了立體定向神經外科的新紀元。

如今利用新的立體定位技術和各種高分辨率的掃描技術（如CT、MRI、DSA、PET等），可以對腦內任意靶點或靶體積進行精確定位。不同影像學檢查產生的數字化信息，可以經立體定向系統中的計算機，完全、迅速地加以整合處理，極大方便了術者進行立體定向手術操作和伽瑪刀治療靶點的確定。伴隨先進影像學引導技術的發展，現代立體定向儀也在不斷更新。CT、MRI與立體定向儀融合技術的出現，使立體定向得到飛速發展[5]。如今先進的立體定向儀頭部框架（或基環）常常能夠達到CT、MRI兼容，這樣進行不同引導方式掃描時，只需更換定向儀的定位標志即可，使用十分方便。

國內立體向定向神經外科的發展主要集中在以下幾個方面[6,7]：①功能神經外科疾病：如深部核團電刺激治療帕金森病手術；②CT、MRI引導下的立體定向神經外科：包括診斷和治療手術；③立體定向放射外科：如r-刀、X-刀；④神經外科導航系統和機器人輔助立體定向神經外科：主要用于腦深部腫瘤的間質內放射治療；⑤立體定向內鏡：用于腦深部腫瘤及功能區的手術；⑥立體定向神經細胞移植術：治療帕金森病和創傷性腦損傷。

2 立體定向技術在頭部伽瑪刀中的應用

瑞典的Leksell教授是國際上最早認識到立體定向技術既能用于診斷，又能用于治療腦內病灶的學者之一。其最早提出立體定向放射外科的概念：利用立體定向技術對顱內靶點精確定位，單次大劑量放射線集中照射于靶組織，使之產生局灶性壞死，從而達到類似手術治療的效果。由于放射劑量集中分布在靶組織內，在靶組織邊緣則劑量銳減，因此靶組織以外的腦組織只接受較小的照射劑量[8]。

1951年，Leksell和他的同事們(物理工程師和放射治療師)，將應用直線加速器、立體定向儀、X線組成的放射治療系統第一次提出伽瑪刀（Gamma-knife）的概念。1968年，世界第一臺伽瑪刀系統在瑞典的Stockholm安裝。90年代，中國在國際上率先研制出旋轉式伽瑪刀，主要由放射外科系統、立體定位系統、電氣控制系統和治療計劃系統等四個子系統構成。目前全世界主要有二類頭部伽瑪刀產品，一種是瑞典醫科達（Elekta）公司生產的靜態式伽瑪刀，另一種是國內幾家公司（奧沃公司、瑪西普、武漢康橋公司）設計生產的旋轉式伽瑪刀。這兩種伽瑪刀均可獲得良好的治療效果，制造商的資料顯示其治療精度可達0.3mm，奧沃旋轉式伽瑪刀設備性能與Leksell伽瑪刀的比較已見報到[9]。

頭部伽瑪刀立體定位基礎：利用Leksell立體定向儀的定位原理，空間任意一點的位置都可以由三維坐標系統所確定。不同的三維坐標數值代表著腦內的不同靶點。確定直角坐標系中的任意一個靶點，只要分別測量出靶點與三個坐標平面的垂直距離，就可得出其三維坐標數值。這是伽瑪刀治療確定病灶靶點的基礎。立體定位技術的發展，經歷了一個從X線拍片到CT、MRI掃描的過程；這個過程的顯著特點是使靶點的間接定位進展到直接定位。現今發展的PET掃描，則又將解剖學定位發展至功能定位。CT、MRI掃描定位不僅能準確定位靶點，而且可將靶點周圍的腦組織結構清晰地顯示出來。手術者可以方便地在CT、MRI片子上直接測量靶點，伽瑪刀治療精確度進一步提高。

旋轉式伽瑪刀基本構成：主要有Leksell立體定位框架，MRI/CT框架和適配器，定位支架，治療床，治療計劃系統，控制臺等組成。其基本操作程序為：安裝立體定向頭架，病灶定位，治療規劃，實施照射，去除頭架，包扎創口等。其中治療規劃是整個治療過程的關鍵步驟：將病灶定位的影像學資料輸入計算機工作站，在每張圖像上勾畫出病灶邊界和顱內某些重要結構的輪廓，如眼球、視神經、視交叉、腦干等，并對上述結構進行三維重建。根據病灶的大小和形狀，選擇不同大小的準直器和靶點數目；依據病變性質，選擇合適的照射劑量和照射時間。在治療規劃時，應反復比較各種治療方案，使所給劑量盡可能多地集中在靶區內，而顱內重要功能結構的受照劑量應盡可能低。

目前，臨床上利用伽瑪刀治療顱內小病灶應用較為普遍；伽瑪刀治療原發性三叉神經痛[10]，伽瑪刀治療腦干部位動靜脈畸形[11]，顯微手術聯合伽瑪刀治療上矢狀竇旁腦膜瘤[12]等均取得良好療效。近年來對于囊性顱咽管瘤采用立體定向置管抽吸囊液結合伽瑪刀治療也不失為一個好的辦法[13]。

總之，隨著近年來CT、MRI、PET、DSA等先進影像技術的不斷發展，伽瑪刀在神經外科及其它學科的應用范圍日趨擴大，治療適應證也正進一步增加，對某些疾病的治療方法及放射劑量逐步規范化。伽瑪刀以其無創作性、準確性和有效性等優勢，正逐步進入傳統需要手術的學科，并且對某些疾病有取代開顱手術的趨勢。隨著計算機技術、影像學技術、神經外科技術和立體定向技術的發展，作為多學科技術的結晶，伽瑪刀技術會不斷的進步。

但必須強調：伽瑪刀是當代高科技發展用于治療腦部疾病的一種高精度、高性能、高療效的精尖端手術儀器，可把許多危及人腦健康的病變徹底消除，但若應用不當又可造成嚴重或致死性并發癥。許多腦外科疾病用手術方法仍是第一位的選擇，伽瑪刀是手術的一種有益的補充而不能代替所有手術。用伽瑪刀治療腦部病變是一種相當嚴密的科學方法，對劑量的計算，靶點坐標的確定、劑量曲線規劃、中心及周邊劑量分布均衡的調控、準直器口徑的選擇、計算處理及γ線輸出劑量參數，靶灶邊緣準確劑量分布及中心區劑量的重疊與病灶形態變化的精確吻合等等是一系列精細復雜、嚴密仔細的操作過程，雖然有計算機輔助，必須嚴格認真進行，不得潦草從事和任意確定。

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[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.

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

[6]許建平.25年來我國立體定向和功能神經外科的興起和發展[J].立體定向和功能神經外科雜志,1990,3(1):3-5.

[7]王忠誠.治療帕金森綜合征的新方法[J].中華神經精神科雜志,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.

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[11]錢偉,黃潤生,房景玉,等.伽瑪刀治療腦干部位動靜脈畸形[J].立體定向和功能性神經外科雜志,2010,23(2):103-105.

[12]林富祿,朱紅勝,劉君等.顯微手術聯合伽瑪刀治療上矢狀竇旁腦膜瘤35例[J].人民軍醫,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.