立体定向放射外科是立体定向技术与放射治疗学相结合而形成的一门新兴学科，属于立体定向外科学范畴。立体定向放射外科的概念最早由瑞典神经外科学家Leksell提出，是指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。放射剂量集中分布在靶组织内，在靶组织边缘剂量锐减，因此，靶组织以外的脑组织只接受较小的照射剂量。立体定向放射外科在原理和操作技术上与普通分次放射治疗有很大差别。普通放射治疗主要依赖照射野内病理细胞和正常组织对放射线的敏感性差异达到治疗肿瘤保护正常组织的目的，而立体定向放射外科是以其精确的立体定位和靶结构与周围组织之间受照射剂量陡峭的梯度变化，在几乎不损伤周围组织的情况下催毁靶组织。靶组织可以是脑内正常组织如神经纤维传导束或脑深部灰质核团，也可是颅内病理组织如脑动静脉畸形、新生物等。
与神经外科手术相比，立体定向放射外科治疗有以下优点：治疗无创伤，无出血，无感染；不需全麻，病人痛苦小；治疗时间短，病人不需住院，在门诊即可完成手术；治疗精确，对颅内重要功能结构损伤小，术后并发症少。临床实践表明，立体定向放射外科对某些颅脑疾病疗效肯定，可以达到甚至超过显微外科手术的治疗效果。但也存在一些不足，如不易明确病变性质，治疗后显效较慢，脑动静脉畸形完全闭塞前仍有出血之虞等。
另外，作为神经外科的一种新的治疗手段，立体定向放射外科并不能完全替代外科手术或其他治疗方法(如分次放射治疗、化学治疗、免疫治疗等)。和其它治疗方法一样，立体定向放射外科也有其使用指征，只有严格掌握该技术的适应证，才能发挥其最大功效。目前，立体定向放射外科的适应证主要有：年老体弱，合并有严重的心、肺、肝、肾疾病，不能耐受全麻手术者；凝血机制障碍，不能手术者；病变位于重要功能区不宜手术或位于脑深部难以手术者；颅内肿瘤手术切除后残留或复发者；单发或多发的脑转移瘤；病人拒绝手术而选择放射外科治疗者；做为全脑照射的补充治疗。
目前，用于立体定向放射外科临床治疗的设备或称放射源系统主要有三种：重粒子束放射外科、伽玛刀放射外科和等中心直线加速器放射外科或称伽玛刀。
立体定向放射外科放射源系统及其原理
一、重粒子束放射外科
用于立体定向放射外科治疗的重粒子束有质子、中子、氦原子核等，这些粒子经回旋加速器或同步回旋加速器加速到接近光子的速度，积蓄了大量动能，成为高LET射线，具有较高的相对生物学效应(RBE)，可以穿过12—15cm的组织厚度。粒子束穿过组织时逐渐释放其能量，但当达到某一深度时，能量释放明显增加，这个深度范围称为该粒子束的“Bragg峰”。重粒子束的另一特点是射线束窄，准直性能好，在照射过程中几乎不发生散射。“Bragg峰”的宽度和深度以及粒子束的形状可通过限束、滤过装置调节，使其更符合病灶的形状。这些特点使之很适合作为立体定向放射外科的放射源，在治疗时使粒子束的“Bragg峰”与病灶重叠，经过4个方向照射即可达到理想的剂量分布，病灶周围组织几乎不受到损害。尽管这一技术早在五十年代就用于临床，但由于加速器笨重，造价昂贵，治疗费时，目前仅有少数几个实验使用，本文不作详细介绍。
二、伽玛刀
目前，世界上有两种类型伽玛刀，即瑞典的静止式伽玛刀和中国的旋转式伽玛刀。
1949年，瑞典神经外科学家Leksell首先提出立体定向放射外科的概念，经过大量的动物试验，1968年在瑞典研制出第一台以钻一60作为放射源的立体定向放射外科设备，即伽玛刀(Gamma unit)。它含有179个钻一60放射源，呈半球形排列，向中心聚焦照射形成焦点，照射后在组织内产生盘状坏死灶，大小约3mm×5mm至3mm×7mm。伽玛刀最初用于治疗运动异常、精神性疾病和顽固性疼痛等功能性疾病，后来也用于治疗脑血管畸形和颅内肿瘤，取得了良好效果。经过二十余年的不断改进，现今的伽玛刀含有201个钻—60源，呈半球状排列，可在脑内产生球形坏死灶。
1996年中国深圳奥沃国际科技发展有限公司生产出OUR旋转式伽玛刀并投入临床应用。旋转式伽玛刀含有30个钻—60源，呈螺旋形均匀分布在半球状源体上，向中心聚焦照射形成焦点，具有较高的精确性。由于施行旋转照射，焦点以外组织接受的照射剂量更低。经过临床前放射生物学实验和数年临床应用，旋转式伽玛刀具有良好的放射生物学效应和显著的治疗效果。
与X—刀相比，伽玛刀照射更加精确，其误差仅为01mm。但伽玛刀也存在如下缺点：造价昂贵；钻—60半衰期为5.3年，每隔5～10年需更换一次钻源；不适于分次照射等。
伽玛刀主要由以下几部分组成。
1.放射源系统 含20l(静止式)或30(旋转式)个长2mm、直径lmm的圆柱状钴—60源，置于半球形金属的孔穴内，其外层为厚的金属防护壳。
2.立体定向固定头架及定位框架 含有x、Y、Z坐标，用于靶点定位和治疗时固定病人头部。
3.准直体 为半球形金属壳，其上钻有与放射源相对应的20l或30个管状准直孔，每台伽玛刀配带四个准直器，准直孔直径分别为4mm、8mm、14mm和18mm，治疗规划时可根据病灶大小和形状选用不同型号的准直器。旋转式伽玛刀的准直体为内置式，治疗更加方便快捷。
4.计算机治疗规划系统 由计算机工作站、治疗软件、图像扫描仪和打印机等组成，主要完成对病灶钩画、靶点设计和剂量规划等工作。
5.治疗床 病人治疗时平卧在治疗床上。治疗床前端有固定头盔的支撑体和固定调节头架的校难装置。
6.校准系统 位于治疗床的前端，可调节病人头架的X、Y、Z三个方向的坐标，使颅内靶点与头盔准直孔的焦点相吻合。
7.控制台 由计算机控制治疗床的推进和退出、屏蔽门的关启以及放射源的照射时间。
三、直线加速器立体定向放射外科(X—刀)
直线加速器产生的高能X—射线与钻—60产生的伽玛射线均为光子，具有相似的放射生物学效应。受到伽玛刀治疗原理的启示，八十年代Betti和C0110mb等一大批学者对各自的直线加速器进行改装，配上立体定位装置和二次准直器，采用多个非共面弧进行等中心旋转照射，X射线聚焦于等中心，其剂量分布与伽玛刀相似，经临床试用，取得了与伽玛刀相似的治疗效果。除了固定头架、定位框架和计算机治疗规划系统外，X—刀还配有限光筒、二次准直器和多功能治疗床。改作X—刀使用的直线加速器应有良好的稳定性，其机械误差不能超过lmm。普通的直线加速器含有一个准直器，照射野范围40mm×40mm，为了限制x线束的照射范围和减小其半影区，需要在直线加速器的机架上安装限光筒和二次准直器。二次准直器的直径范围5mm一50mm，根据病灶大小和形状选用不同的准直器。多功能治疗床可以上下滑动，并能围绕其前端作等中心旋转。在治疗床的前端安装有固定头架的适配器和三维坐标系统，调整x、Y、Z坐标，即可使颅内靶点与x线束的焦点重合。
x—刀造价低，易于改装，治疗灵活，可对肿瘤进行立体定向分次照射，适于对较大病灶不规则病灶、或枕骨大孔区、上颈段、颌面部病变的治疗。但X—刀不如伽玛刀精确，不适合功性疾病和细小病变的治疗，此外，X—刀的安装和日常维护也较费时。
立体定向放射外科的临床应用
一、功能性神经外科疾病
1.顽固性疼痛 丘脑腹内侧核损毁术治疗恶性疼痛是最早应用伽玛刀进行的手术之一。早期治疗资料表明该治疗是缓解恶性疼痛较为有效的方法。损毁靶点位于脑原点上方o一5mm，后8mm一12mm，中线旁开8mm—12mm。中心剂量以160—180Gy为宜，损毁灶大小约3mm×5mm或3mm×7mm 。
2．三叉神经痛 立体定向放射外科治疗三叉神经痛的效果与靶点定位的准确性关系密切。早期以伽玛刀治疗的三叉神经痛患者疗效不理想，即与当时的定位技术(骨性标志或脑室／池造影法)落后有很大关系。近年有报道以核磁共振扫描定位，对12例三叉神经痛病人的神经根部行伽玛刀照射，等中心剂量60一75Gy，取得了良好效果。我们使用OUR旋转式伽玛刀治疗20例原发性顽固性三叉神经痛，中心剂量70—80Gy，随访一年以上，疼痛完全缓解率达85．7％。个别无效和复发患者可予以二次治疗，仍可取得满意效果。
3．精神性疾病 立体定向放射外科治疗的精神疾病主要限于严重的强迫症和焦虑症。靶点选择尾状核头部与壳核之间的内囊前肢。一般认为使用4mm准直器，中心剂量130一180Gy，产生的病灶体积在50mm3左右，可以减轻脑水肿和避免副作用。
4．帕金森病 在现代影像定位技术出现之前，仅有少数伽玛刀治疗帕金森病的报道。 一般认为以4mm准直器，180—200Gy的等中心剂量照射丘脑腹外侧核或苍白球对以震颤为主的帕金森病患者有一定疗效。如行双侧靶点损毁，为减轻术后并发症，两次损毁术的间隔时间应在一年以上。由于照射剂量较大，术后靶周水肿可能会引起病人肢体运动障碍，因此，作者认为，在尚未取得明显疗效和足够经验之前，对该病的立体定向放射外科治疗应持谨慎态度。
5．癫痫 伴有癫痫发作的脑血管畸形和脑胶质瘤患者经立体定向放射外科治疗后，部分病人癫痫发作完全消失或发作次数减少。在动物癫痫模型放射外科治疗的基础上，Barcia等使用X—刀对十余例原发癫痫患者进行立体定向放射外科治疗，采用立体定向技术埋置脑深部微电极对致痫病灶定位，照射剂量10—20Gy，治疗后多数患者癫痫发作完全消失或发作次数明显减少，未出现并发症。立体定向放射外科治疗癫痫的机理尚不清楚，有学者认为可能与放射线直接破坏致痫神经元或致病神经元的传人神经纤维阻滞有关。
二、脑血管疾病
1．脑动静脉畸形
立体定向放射外科治疗脑动静脉畸形始于七十年代初。经过二十多年的临床实践，发现术后血管闭合率高，并发症少，尤其是可以明显提高病人术后生存质量，现已成为某些脑动静脉畸形的首选治疗方案。统计资料表明，立体定向放射外科治疗后，脑血管畸形的完全闭合率第一年为30％一50％，第二年70％一85％，第三年达90％。血管闭塞的机理可能与照射后血管内皮细胞增生、管壁增厚、管腔变窄和血栓形成有关。术后血管闭塞率与脑血管畸形团的体积和照射剂量密切相关。一般认为当脑血管畸形直径在2cm以内，边缘剂量达到25Gy时，血管闭塞率可明显提高。Steinberg等对86例经立体定向放射外科治疗的脑动静脉畸形病人进行研究，发现脑血管畸形体积小于4cm3者术后2年的血管完全闭合率为94％，4—25cm3者75％，大于25cm3者仅为39％。对于较大的脑动静脉畸形，宜在手术部分切除或部分栓塞后行立体定向放射外科治疗。治疗后，在脑血管畸形完全闭塞前的主要并发症为血管破裂出血，发生率约5％，与脑动静脉畸形的自然出血率基本一致，但出血多发生在术后早期，随着手术后时间延长，出血率逐年下降。
2．脑内海绵状血管瘤
随着核磁共振扫描技术的普及应用，颅内海绵状血管瘤的发现率逐年提高。对于有症状的位于脑深部或重要功能区的海绵状血管瘤，手术切除困难，易造成严重并发症，可选择立体定向放射外科治疗。由于海绵状血管瘤在脑血管造影时不显影，治疗效果应以术后出血和癫痫发作等症状的变化来评价。
三、颅内肿瘤
1．听神经瘤：早在1969年Leksell等即以伽玛刀治疗听神经瘤病人，迄今已治疗万余例，疗效良好，术后2—3年肿瘤控制率70％一80％。尸检发现，治疗后的肿瘤坏死或瘢痕化，在影像学上表现为肿瘤缩小或稳定，虽不象开颅手术那样将肿瘤切除，但肿瘤已不再生长。近年来显微外科手术已使听神经瘤的全切率、面神经和听神经保留率明显提高，但由于立体定向放射外科安全、无创、痛苦小，已成为某些听神经瘤病人的常规治疗方法。适应证包括：肿瘤直径＜2．5cm；年老体弱、不能耐受开颅手术者；术后残留；希望保留面神经功能者；双侧听神经瘤，应先做听力丧失的一侧肿瘤等。
2．脑膜瘤：由于现代显微神经外科技术的发展，绝大多数脑膜瘤可经开颅手术彻底切除，因此，脑膜瘤患者应首选手术治疗。但特殊部位的脑膜瘤如岩斜部、鞍区、蝶骨嵴内侧以及与颅内静脉窦广泛粘连的脑膜瘤，手术全切困难，并发症多，术后残留名复发率高。对于上述部位的脑膜瘤，可以应用立体定
向放射外科治疗，也可以先行手术切除，对难以切除的肿瘤残留部分进行照射，既可根治肿瘤和又可避免颅神经损伤。
3．垂体瘤：立体定向放射外科治疗垂体瘤始于五十年代，当时使用的放射源为质子束，七十年代开始使用伽玛刀，主要治疗中、小型垂体瘤或不适合全麻手术者。随访发现，立体定向放射外科对垂体瘤患者内分泌症状的控制率可达70％。术后主要并发症为垂体功能低下和视力下降。术后垂体功能低下者可采取激素替代治疗。为防止视路受损，应将视交叉和视神经的受照剂量控制在8一10Gy以下。
4．颅咽管瘤：囊性颅咽管瘤可行立体定向穿刺术，对于实质性肿瘤或囊性颅咽管瘤的实体部分，如果范围不大(＜2．5mm)，可以选择立体定向放射外科治疗。治疗时应注意保护视交叉、视神经和眼球。
5．松果体区肿瘤：松果体区肿瘤开颅手术的病残率和死亡率较高，普通放射治疗易引起脑干放射性损伤，而立体定向放射外科治疗该区域肿瘤却十分安全，受术者无死亡，对脑干损伤小。为预防照射后发生急性脑积水，治疗前最好先行脑脊液分流术。
6．脑转移瘤：脑转移瘤在发现时往往较小，形状规则，边界清楚，很适于立体定向放射外科治疗。尽管大多数转移瘤对分次照射不敏感，但对单次大剂量定向照射却反应良好。治疗后1—3个月，肿瘤消失或缩小。经大宗病例随访，肿瘤控制率达90％，可以延长病人寿命和提高生存质量。
7．脑胶质瘤：胶质瘤，尤其是低分化瘤，在脑内呈浸润性生长，肿瘤边界不清，并不适于立体定向放射外科治疗。为了充分发挥立体定向放射外科的优点，减少放射性脑损伤，目前的主要治疗策略有全脑照射后追加x—刀或伽玛刀治疗，多等中心照射，分次立体定向放射治疗，手术大部切除后放射外科治疗等。
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