全国医用设备(头部伽玛刀治疗学) 使用人员上岗考试参考资料

全国医用设备（头部伽玛刀治疗学）

使用人员上岗考试参考资料

（内部资料，不得复印）

刘阿力 主编

中华医学会继续教育部

中华医学会继续教育部规范教材

目录

第1章总论 (3)

第2章放射生物物理基础及伽玛刀治疗 (8)

第3章动静脉血管畸形 (18)

第4章听神经瘤 (31)

第5章脑膜瘤 (40)

第6章垂体瘤 (49)

第7章松果体区肿瘤 (60)

第8章颅底肿瘤 (63)

第9章颅内转移瘤 (71)

第10章胶质瘤 (80)

第11章功能神经外科 (92)

第12章颅咽管瘤 (111)

第13章生殖细胞瘤 (118)

第14章鼻咽癌 (121)

第1章总论

1.1 立体定向放射神经外科概念

立体定向(stereotactic)这个名词来源于希腊字母“stereo(立体的)”和“taxic(排列)”。在医疗实践中，它意味着可以通过固定于患者的外在框架系统获得内在手术靶点的几何向量。虽然立体定向技术已经被用于多种不同外科领域，但因头颅独特的结构而使立体定向技术最常用于神经外科。回顾历史，立体定向技术的创始应归功于Clarke和Horsley(1908)，他们根据几何原理设计出笛卡尔(Cartesian)三维坐标定向系统，并在Swift的协助下，完成了由黄铜金属制作的定位框架和几根调节杆共同组成的定向仪，当把它固定于解剖标记时，可以将电极精确定位于实验动物脑内。此后的各类立体定向仪在此基础上进行了不断的改进，目前世界上应用最广泛的是Leksell系统定向装置。

1951年，瑞典Leksell教授首先提出放射外科学(Radiosurgery)的概念，设想利用立体定向技术，使用大剂量的高能质子束一次性摧毁靶点组织，并将此项治疗方法命名为立体定向放射外科“Stereotacfic Radiosurgery”。相应的，对于神经系统的放射外科治疗也被称之为立体定向放射神经外科(Stereotactic Radioneurosurgery)，即根据立体定向原理，对颅内的正常或病变组织选择性地确定靶点，使用一次大剂量窄束电离射线精确地聚焦于靶点，使之产生局灶性破坏而达到治疗疾病目的的学科。

由于放射线具有在靶区汇聚剂量高，而周围剂量迅速递减的分布特性，使靶区周围组织几乎不受放射线的损害，其毁损靶区类似于手术刀样切除，故形象地被称为：“伽玛（X）刀”。根据使用的放射源不同，静态或动态照射方式的差别，又将头部常用的立体定向放射外科系统简称为“伽玛刀”和“X—刀”。

立体定向放射神经外科疗法和传统的放射疗法(Radiotherapy)有着根本的区别，后者是利用肿瘤组织和正常组织对放射线的敏感性(Radiosensitivity)不同治疗疾病，正常组织同时受到较大剂量照射，因此传统的放射治疗设备精度远远不能适应立体定向放射神经外科的需要。

立体定向放射神经外科与普通神经外科有显著的不同。立体定向放射神经外科疗法可以避免传统神经外科开放式颅脑手术所带来的术中、术后出血、感染及损伤颅内重要功能结构的危险，尤其对脑深部病变和多发病变能进行有效的治疗，成为普通神经外科手术的有利补充，并大大扩展了神经外科的治疗范围，在

一定程度上提高了经治病人的生存质量。

1.2 伽玛刀的发展史

立体定向放射神经外科发展简史

1951年，Leksell首次将X线球管安装在1949年发明的第一代立体定向导向装置上，并沿弧形轨道绕病人头部旋转，最终将射线中心聚焦于三叉神经半月节上，以治疗三叉神经痛患者，开创了立体定向放射外科治疗的先河。1955年，Leksell同Hemer等用治疗量的X射线治疗脑功能性疾病；1956年，Tobias和Roberr等首次报道了用340MeV的质子束和190MeV的氘行功能性垂体切除术。1960年，Larsson、Rexed和Leksell用185MeV的质子束分别对鼠、兔和山羊的中枢神经系统进行局限性损害，发现其正常脑组织的放射性损害的损伤性质与人脑相似。1962年，Fabncius等用精确平行的185MeV的质子束作为实验工具，探明了鸽子的尾状核的解剖结构和功能间的关系。1963年，Gde等以同样的方法通过对垂体切除和丘脑下部毁损确定了山羊的泌乳调节中枢的部位。同年，Larsson、LekseH和Rexed相继为20名患者施行了立体定向质子束手术，以185MeV质子束照射一次，在病人死后进行组织病理学研究，经测定，其中心点剂量为200Gy，毁损灶为5mm的球形体。1967年LekseH与不同专业学者的合作下，在瑞典研制成功世界第一台以“钴(179个)作为放射源的头部放射外科专用装置：γ刀(GammaUnit)。1970年，Steiner和Leksell首次用γ刀治疗人脑动静脉畸形(A VM)获得成功。1975年，Dahlin在Larsson和Leksen的指导下，研究γ刀所致放射性脑损伤靶区的剂量分布图形及靶区的吸收剂量，并得出产刀所致放射性毁损灶与质子束所致毁损灶相似的结论，从而估计出对于人脑产生临床效应的放射性毁损的准闽剂量是130Gy。随着靶点吸收剂量的增加，产生毁损的时间逐渐缩短，在200Gy时，在照射不到一个月时间靶点即发生毁损。从此之后，γ刀先后被用于神经外科多种疾病的治疗，经过逐步的完善和改进，目前γ刀已经成为一种可靠的立体定向放射神经外科治疗装置。

立体定向直线加速器是近二十年来新发展起来的一种立体定向放射外科治疗设备，最早由BeRi和Colombo于1982年分别在法国和意大利改良成功并进入临床使用。商用化专用机型于1992年开始批量生产并在临床推广，即国人称为“X-刀”。

1992年，Steiner仍沿用“Radiosurgery”一词，将这一学术概念定义为：在实验生物学或临床治疗方法中，应用各种类型的电离辐射，对准确选定的颅内靶

点施行一次性大剂量照射，毁损靶点，同时对靶点以外的脑组织不产生放射损害和明显并发症。现代放射外科学范围更广，已不仅局限于治疗功能性疾病，而且几乎囊括了神经外科所有的形态学疾病的治疗。随着计算机技术的飞速发展，新的医疗检测及定位技术如：CT、MRI、DSA、PET、脑磁图等被引入神经外科领域，同时也促进了立体定向放射神经外科的不断前进与发展。因此，现代立体定向放射神经外科学已经逐渐发展成为了一门独立的、日趋成熟的、无痛、无出血的手术学科，成为了一个夸世纪的新学科。

尽管立体定向放射神经外科有其优势，但是由于单次大剂量照射并不能及时解除颅压增高，因此，它只能治疗较小的病变，并不能替代传统的神经外科手术，特别是对于那些构成压迫并具有临床症状的病变。总之，作为一种崭新的治疗手段，立体定向放射神经外科确有其独特之处，但必须严格掌握该技术的适应征，才能使其发挥最大功效。

1.3 伽玛刀在颅内病变治疗中的地位

伽玛刀是一种先进的微创外科治疗手段，弥补了传统神经外科手术的不足，并拓展了神经外科的治疗范围。伽玛刀应用近四十年来，其良好的治疗效果以及对正常神经功能的妥善保护，已经为全世界神经外科学者所认同。随着现代电子计算机技术等领域的飞速发展，新的定位方式与伽玛刀的联合应用更进一步提升了伽玛刀的治疗效能，并使伽玛刀治疗并发症的发生率更进一步降低，伽玛刀在神经外科的地位更是日益凸显。现在，伽玛刀的治疗范围几乎涵盖了神经外科所有领域以及部分神经内科、精神科疾病领域。值得一提的是，伽玛刀及其相关各项技术更是处于不断进步、提升的过程中，伽玛刀治疗的基础理论研究也在全世界范围内广泛开展，颅内大型血管畸形的分次伽玛刀治疗，无创性伽玛刀等新的治疗技术也正日益成熟，可以预见，伽玛刀将向我们展示更为辽阔的应用空间。

虽然伽玛刀具有安全、可靠、并发症轻以及近乎无创的特点，但是，伽玛刀并不能完全替代传统的微侵袭神经外科手术。尤其是合并明显颅内压增高的病例，手术仍然是首选治疗方式；另外，仍然有部分颅内疾病并不适合伽玛刀治疗，如囊肿、脂肪瘤等。因此，严格把握伽玛刀的纳入指征，是影响伽玛刀治疗效果的重要因素，否则不仅影响治疗效果，更将导致严重的术后并发症。

目前已知的伽玛刀治疗效果良好的疾病包括：血管畸形、转移瘤、神经鞘瘤、神经纤维瘤、脑膜瘤、生殖细胞瘤、颅咽管瘤、垂体瘤、听神经瘤、松果体区肿瘤、胶质瘤、脊索瘤、髓母细胞瘤、室管膜瘤、颈静脉孔区肿瘤、鼻咽癌、原发

性中枢神经系统淋巴瘤、下丘脑错构瘤、三叉神经痛等。

不适合伽玛刀治疗的疾病包括：合并严重颅内高压的疾病、颅内感染、寄生虫、动脉瘤、头皮肿瘤、脂肪瘤等。

综上，伽玛刀治疗的可能适应征包括，：①无严重颅内高压，平均直径小于3.5cm的实体病灶；②不能、不适合手术或拒绝手术；③病灶术后残留或复发，无明显颅内高压；④可以作为与手术、放疗、化疗相结合的治疗。

伽玛刀治疗的副反应：

1．安装立体定向基环引起的不适反应如：头痛、恶心、呕吐以及局麻引起的不适反应。

2．靶周水肿：可在手术后24小时或数日、数月发生，多数患者经对症处理后可获得缓解而并不导致明显神经功能废损；部分严重水肿导致颅内压增高者，可能需要外科手术减压。

3．靶周放射性损害：主要表现为相关神经受损的症状和体征，其原因可能是神经显微的脱髓鞘改变引起。伽玛刀治疗所引起的放射性损害往往较轻，可在数月内恢复，严重者发生不可逆性脑坏死。

4．病变组织的囊变、出血及反应性体积增大，如引起颅内高压或重要神经结构压迫可能需要开路手术。

1.4 循证医学的思维方式

循证医学(Evidence-basedMedicine)是通过正确识别、评价和使用最多的相关信息进行临床决策的科学。循证医学的目的是进行临床决策，决策的依据是最多的相关信息，其过程是寻找、评价和利用目前的信息(证据)。因此寻找、评价和正确使用证据构成了循证医学的三个基本要素。循证医学的核心是对现有的证据(文献)进行科学的评价，根据Cochrane系统评价中心的分级水平，治疗研究按质量和可靠程度大体可分为以下五级：

I级：所有随机对照试验(randomizedcontrolledtrials，RCT)的系统评价(systematic review)或Meta分析。

Ⅱ级：单个的样本量足够的随机对照试验结果。

Ⅲ级：设有对照组但未用随机方法分组，如单组治疗前后对比的研究、队列研究或配对病例对照研究。

Ⅳ级：无对照的病例观察。

Ⅴ级：权威观点和专家意见。

从以上分级可以看出，最大强度的证据是系统评价或meta分析的结论，而最差的证据是权威观点和临床经验。这是循证医学与经验医学(Experienced-based Medicine)的最大区别。

1.5 所涉及的专业知识

伽玛(X)刀的应用主要所涉及的专业学科是：神经外科学、神经解剖学、神经病理学、神经影像学、肿瘤放疗学、放射物理学。

(华西，王伟)

第2章放射生物物理基础及伽玛刀治疗

2.1放射生物学和放射物理学基础

1906年发表的著名的Bergomie Tribondeau法则指出：X射线对分裂能力强的细胞，进行有丝分裂的细胞以及未分化的细胞显示较强的作用。目前，这一法则仍有一定程度的正确性。电离辐射早已运用于临床，主要是治疗癌症。关于电离辐射的细胞学效应的研究，实在20世纪50年代体外细胞培养技术发展起来以后才得以深入的。

电离辐射的种类：

根据作用方式的不同，通常将辐射分为电离辐射和非电离辐射两类。产生次级带电粒子引起物质电离的辐射称电离辐射，包括高速的带电粒子如：a粒子、β粒子、质子等，以及不带电的粒子，如中子、X射线、γ射线等产生的辐射。非电离辐射一般不能引起物质分子的电离，而只能引起分子的震动、转动或电子能级状态的改变，包括紫外线和能量低于紫外线的所有电磁辐射。

X射线和γ射线，这两种射线是目前临床最常用的电离辐射，也是立体定向放射神经外科应用于治疗的主要射线。这两种射线对生物体的作用基本相同，它们与组成肌体的各种物质相互作用，依三种方式转移能量，即光电效应、康普顿效应和电子对效应。

传能线密度：

传能线密度是带电粒子在组织中经过一定距离时由于碰撞而损失的能量，通常距离的单位用微米表示，能量的单位用千电子伏表示。电离密度较大的射线穿过生物体时，一次或多次击中生物靶点的几率较大；而电离密度小的射线击中生物靶点的几率较小。对一个生物靶的损伤，可能有两种情况，一种是一个敏感点被击中两次或更多；另一种是多个敏感点被击中一次，多数细胞的存活曲线都支持后一种情况。若仅一个敏感点被击中，则细胞可能修复这种物理损伤，最终不出现生物学效应；若多个敏感点被击中，则损伤不可修复，出现生物学效应。电离密度大的射线更容易产生这种效应。

一次大剂量窄束电离辐射对中枢神经系统的影响：

立体定向神经外科最突出的特征为一次性地用窄束高能射线毁损颅内靶点，无论靶点是正常脑组织还是病理组织，均在照射后发生放射性坏死，而靶点周围

地组织不受损害。放射性坏死是一种凝固性坏死，坏死区最终由增生地胶质瘢痕所替代，在坏死区和瘢痕区均可有水肿。立体定向毁损手术后一般分为以下三个期：Ⅰ坏死期：靶点中心吸收剂量为200Gy时，照射后第3—4周出现靶点坏死，急性和炎症反应。Ⅱ吸收期：坏死期后至照射后一年，坏死灶大量的细胞碎片被吸收，胶质瘢痕开始形成；坏死区周围星形胶质细胞增生，呈现慢性炎症反应，血管充血，新生毛细血管形成，血管内皮细胞增厚，吸收期可持续到照射后一年或更长时间。Ⅲ后期：自照射后一年开始，胶质瘢痕形成，损害已趋于稳定，早期的一些变化消失，血管减少，巨核细胞消失，炎症反应消失，细胞碎片完全消失。

经试验和临床治疗总结，在靶区以外临近的周围脑组织，射线剂量分布锐减，所造成的脑组织损害可以忽略。事实上，使用一次大剂量射线并在短时间内聚集在靶点上，可使靶点组织内的几乎所有细胞坏死，即使有少数细胞存活，也很难再进行有丝分裂。也就是说，在精确选定的靶点组织中，受照射细胞多呈现出不可逆的放射性损害，而在靶点以外的脑组织虽可能出现一些放射性反应，但均可逆。射线通过正常脑组织的径迹中，正常脑组织完全能够耐受这些射线而不受损害

电离辐射生物学作用的基本原理：

1．电离和激发：

辐射线被靶点吸收后，首先发生分子水平的变化，通过分子的电离和激发，引起生物大分子的损伤。生物大分子的损伤的发生源于两个方面的作用：一是射线直接作用于生物大分子；二是射线引起水分子电离，电离的产物又间接损伤生物大分子。在立体定向放射神经外科手术中，高能射线主要作用于靶点中极为活跃的增值细胞，健康的中枢神经系统的组织在受到高能射线照射的短时间内，内皮细胞和少突胶质细胞最先出现放射损害反应。在脑肿瘤和脑血管畸形的病理组织中，病理细胞均有较强的增殖能力，因此常常对低剂量的高能射线作出反应。

细胞内生物大分子包括蛋白质和核酸，高能射线作用于靶点组织时，可直接造成生物大分子的损伤。细胞内生物大分子又存在于大量的水分子中，高能射线引起水分子的变化，形成活性产物，这些活性产物又引起生物大分子损伤。

水的电离过程：高能射线击出水分子的电子，引起电离作用，使水分子变成带正电的离子(H2O+)，被击出的电子称为热电子。H2O-很不稳定，在水中迅速离解成为氢离子和氢氧自由基。热电子还可继续碰撞其他水分子，击出其电子，引起次级电离作用。电子在不断碰撞和运动中，不断损失能量，最后不能再击出水分子的电子时即被水分子捕获，产生带负电的水离子(H2O-)。H2O-也很不稳定，

离解成氢氧离子和氢自由基。未被捕获的电子可吸引若干水分子包绕于其周围，形成水化电子。

当水分子获得的射线不足以将电子从轨道上击出，但是足以使电子跃迁至外层轨道时，即发生水分子的激发作用；它具有较高的能量，极不稳定，可迅速释放能量，形成氢和氢氧自由基。对于高能射线生物学效应的发生激发作用与电离作用相比，意义较小，可以忽略不计。

自由基的反应性很强，可使分子结构破裂，造成生物大分子的损伤。

2．直接作用和间接作用：

受射线照射的细胞死亡方式有两种，一是细胞一次受到数万cGy的大剂量射线照射时发生的细胞分裂间期死亡，即细胞在下一次分裂前死亡；二是细胞受到通常的放射治疗的射线剂量，即受到200—300cGy或2000～3000cGy大小的剂量照射时发生的增殖性死亡，即受照射后细胞还能经过几次分裂，最后才失去分裂能力而死亡。后一种情况中细胞还能分裂次数取决与受照射射线的剂量。立体定向发生神经外科手术时，在靶点组织内高能射线的直接作用，主要是指高能射线作用于具有生物活性的分子直接引起分子的损伤。间接作用是指的溶质分子和高能射线所致的溶剂分子的反应产物之间的相互作用。在靶点组织内主要通过水的电离产物对生物大分子的损伤作用。由于脑组织含水较高，细胞内的生物大分子处于大量的水环境中，故间接作用对生物大分子的损伤具有重要的临床意义。

影响放射生物学效应的主要因素

1．剂量效应曲线：放射线的照射剂量与生物效应之间有一定的相依关系，在一定范围内照射剂量约大，效应越显著，但不一定都呈线性关系。观测生物效应的指标不同，照射剂量与效应的关系也不同。TCD是肿瘤控制剂量的缩写，受照射的肿瘤组织的50％被治愈所需要的剂量称为TCD50。一般而言肿瘤体积增大时，TCD50也随之增大。

2．细胞增殖周期与放射敏感性：脑肿瘤和脑血管畸形的病理组织中存在着分化能力很强的胚胎干细胞(Stemcell)。这些细胞都按照S期(DNA合成期)一G2期---M期(细胞分裂期)一Gl期一S期的循环周期增殖，处于不同细胞周期的细胞对放射线的敏感性不同，一般处于静止期的细胞对放射线的敏感性较差。

3．剂量效应与照射神经组织的关系：临床应用立体定向放射神经外科手术进行一次大剂量照射，正常脑组织和病理组织对此剂量的反应主要表现在靶组织中的增殖细胞、内皮细胞、少突胶质细胞和肿瘤细胞。少突胶质细胞的放射性坏

死将引起神经束的脱髓鞘变性和白质坏死，同时可有内皮细胞的损害和微循环障碍的发生。一次大剂量照射也可直接导致内皮细胞损害和血脑屏障受损，从而导致明显的神经元变性坏死。从施行照射到出现靶组织的凝固性坏死需要一个月甚至更长的时间，有时可达6个月。

4．剂量率和个体对照射的敏感性：剂量率为单位时间内的吸收剂量，即靶点的吸收速率或给予剂量的速率。一般来说，剂量率越大，效应越明显。不同个体对放射线的耐受能力不同。同一个体内不同细胞对射线的耐受能力存在明显差别。迅速分裂的细胞或具有迅速分裂潜力的细胞高于不分裂的细胞，原始的未分化细胞高于高度分化的细胞；在同一细胞群中，未成熟的细胞高于成熟的细胞。同样，各种亚细胞结构对放射线的敏感性也不同，其敏感顺序由高到低一次为：DNA>mRNA>rRNA和tRNA>蛋白质。RNA和蛋白质在整个细胞周期内都持续合成，而DNA则只在细胞周期的一部分时间内合成，加之与其他分子相比，DNA 分子数量有限，因此，DNA损伤在整个细胞放射生物学效应中占有重要地位。

(华西，王伟)

2.2 4“R”的概念

早反应组织和晚反应组织

放射生物学家根据正常组织和器官对放射线的不同敏感性和耐受性，将组织分为两种：早反应组织和晚反应组织。早反应组织为高度放射敏感器官和组织，例如骨髓系统、睾丸、淋巴组织，粘膜、上皮组织。晚反应组织对射线有抗拒性，例如成人的神经组织、成熟的骨骼、肌肉等。但是，胎儿和婴幼儿的神经组织、骨组织、软骨、肌肉和内分泌腺体对射线非常敏感。

存活细胞及细胞存活曲线

细胞受照射后，保存完整的增值能力，能无限制分裂产生大量的子细胞形成一个集落或克隆。细胞死亡：在放射生物学中，凡是照射后细胞丧失无限增值能力，不能产生大量的子代细胞，即细胞死亡。对于不再增殖的已分化的细胞如神经细胞、肌肉细胞、内分泌细胞，当丧失了其特有的功能即被认为是细胞死亡。细胞死亡分为增殖性死亡和周期间死亡两种。描述放射剂量与存活细胞之间关系的曲线称为细胞存活曲线。

目前临床上常用的放射剂量与细胞存活率关系的模型是线性二次方程模型(Linear- quadric model)。即：S=e-（αD-βD2）

S表示细胞生存率；系数α代表初始斜率，决定低剂量照射下的损伤程度；系数β代表急剧下降的直线斜率，决定大剂量照射下的损伤程度；D为照射剂量。该模型假定辐射引起细胞的死亡有两部分组成，一部分与照射剂量成比例(αD)，另一部分与照射剂量的平方成比例（βD2），α/β值是指两个部分相等时的剂量。根据线性-二次方程模型得出每种组织的α/β比值，更新快的组织α/β比值高，为早反应组织；更新慢的组织α/β比值相对较低，为晚反应组织。

4“R”的简介：

标准的常规放射治疗是每周照射5次，每次2Gy。这种分割放疗对肿瘤有杀伤效果而对正常组织损伤较小。为了探讨常规放疗对肿瘤和正常组织的放射生物学机制，放射生物学专家提出了4“R”机制。在分次照射间期，组织细胞发生：细胞亚致死损伤的修复(Repair of sublethal damage)、细胞周期时相再分布(Redistribution)、乏氧肿瘤细胞的再氧合

(Reoxygenation)、细胞的再增殖(repopulation)。由于英文都以“R”为字首，因此常称为四个“R”。

细胞放射损伤的修复：DNA是放射线对细胞作用最主要部位，射线可导致DNA链的断裂。细胞的放射性损伤分为三种类型：①亚致死性损伤(sublethaldamage)，细胞受照射后，在一定时间内能完全修复的损伤；②潜在致死性损伤(potentiallethaldamage)，细胞受到照射后，如果有适宜的环境或条件，细胞损伤可以修复；③致死性损伤(1ethaldamage)，也称为不可修复的损伤，是指这种损伤在任何条件下都不能修复，细胞完全丧失分裂增殖能力。细胞放射损伤的修复包括亚致死性损伤修复和潜在致死性损伤修复。

细胞周期时相再分布：处于不同周期时相的细胞放射敏感性是不同的，即细胞的放射敏感性随它们在细胞周期内所处的时相不同而不同。实验研究，分次放疗中存在着处于相对放射抗拒时相的细胞向放射敏感时相移动的再分布现象，这有助于提高放射线对肿瘤细胞的杀伤作用；但是未能进行细胞周期再分布的细胞，则成为放射抗拒机制之一。

乏氧肿瘤细胞的再氧合：研究发现，细胞对电离辐射的效应强烈地依赖于氧的存在，在照射期间或照射后数毫秒内发生氧效应。随着氧水平的增高放射敏感性有一个剃度性增高。实体肿瘤组织内有乏氧细胞存在，多数细胞是氧合好的细胞，如果用大剂量单次照射肿瘤，肿瘤内大多数放射敏感的氧合好的细胞将被杀死，剩下的那些活细胞是乏氧的，照射后几小时或几天内，乏氧细胞出现再氧合现象。

细胞的再增殖或再群体化(repopulation)：组织损伤后，组织的干细胞及子代

细胞在机体的调节机制作用下，增殖分化、恢复组织原来形态的过程称为再增殖。肿瘤细胞被分次照射后也有类似现象。

(上海，王恩敏)

2.3 立体定向放射神经外科的设备

头部伽玛刀

以瑞典医科达公司生产的头部伽玛刀为典型代表。自1967年第一台伽玛刀问世以来，该系列伽玛刀已经发展到第四代。该设备由五个主要部分组成。①放射系统：将179根(第一代)或201根(第二、三、四代)长2mm，直径lmm的“丁”字形“钴放置于一半球形的金属孔穴内，并通过初级准直器准确的将射线汇聚于球心位置；其外为厚的金属防护壳，在非工作状态时，金属屏蔽门处于关闭状态，防止射线外泄。②校准系统：由孔径不同的二级准直器和摆位系统两部分组成。Leksell伽玛刀的二级准直器包括φ4mm、φ8mm、φ14mm、φ18mm四种，根据需要选用。通过二级准直器的射线能够准确聚焦于准直器球心位置，其误差小于0.1mm。摆位系统则是可以通过调整X、Y、Z轴坐标，将目标靶点准确放置于放射线聚焦点，完成治疗。先前的B型伽玛刀X、Y、Z坐标的调整由操作者手动完成，其后的C型伽玛刀则采用数控机械臂自动摆位系统(APS)调整完成，缩短了治疗时间、精确性也获得提升，更保证了病员的安全。⑧治疗床：可根据治疗需要调整病员位置，帮助完成治疗。④控制台：连接并接受规划的治疗方案，控制完成放射投照过程。⑤计划系统：将影像资料进行传输和接受，对治疗靶区及重要周边结构加以确定和勾画，规划治疗方案，确定处方剂量。

头部X刀

使用医用直线加速器在头部立体定向系统引导下，对颅内病变靶点行多个非共面旋转弧聚焦投照，实现立体定向放射外科治疗。它主要包括：①医用直线加速器；②二级加速器准直器；③立体定向系统；④图像传入和传出系统；⑤治疗规划系统。

(华西，王伟)

2.4 伽玛刀放射生物学的研究

2.4.1 立体定向放射外科的概念

立体定向放射外科是指利用外部电离辐射束(γ射线、X射线或荷电粒子束)和脑立体

定向系统的精确定位，将高能量放射线单次分割，并在短时间内聚焦于某一局部靶点内，摧毁该区域内的所有组织，或引起所需要的生物学效应，达到类似外科手术的效果，而靶点外围的放射剂量呈梯度锐减，周围脑组织损伤轻微或呈可逆性损伤。目前立体定向放射外科技术主要由伽玛刀放射外科(简称γ刀)、直线加速器放射外科(包括X刀和赛博刀)和荷电粒子束放射外科(简称质子刀)组成。

伽玛刀放射外科对小范围的靶组织进行单次大剂量照射，用50％的等剂量曲线形成与靶组织三维空间形状相吻合，靶组织以外的放射剂量骤降，因此靶区外正常组织接受的放射剂量极低，避免靶区以外正常组织的损伤。伽玛刀放射外科产生的放射生物学效应与常规放疗不同。常规放疗利用正常组织与肿瘤组织对放射线的不同敏感性治疗恶性肿瘤，而伽玛刀是利用靶区组织内与靶区外正常组织之间的剂量差异来治疗肿瘤。在放射副反应方面，伽玛刀治疗产生的副反应与靶区的体积有重要关系，与放射剂量有重要关系。

伽玛刀放射外科也是一门经验学科，伽玛刀的放射生物学研究远远落后于其临床应用。早期的经典放射外科实验是给山羊脑部聚焦照射200Gy，照射后的病理学改变分为三期。

1．坏死期：靶点中心照射200Gy剂量时，照射后3—4周靶点区域内形成神经细胞和胶质细胞坏死，伴有周围小血管出血及炎症反应。

2．吸收期：从放射性坏死完全形成，之后进入吸收期。吞噬细胞自病变中心开始清除坏死碎片，同时坏死区周围的胶质细胞开始增生。在坏死灶的边缘还可见到慢性炎症反应、新生毛细血管增生。吸收期大约持续1年。

3．晚期：自从照射后一年开始，胶质瘢痕形成，病灶处于稳定状态，炎症反应消退。

2.4.2放射外科的4种不同的靶区类型

伽玛刀治疗专家根据靶组织的特点将放射外科的靶区组织分为四类。

Ⅰ类靶区：晚反应正常组织与晚反应靶组织相互混杂，A VM为此类组织的

代表。A VM由畸形血管团组成，与正常的脑组织交织在一起。靶组织与正常的脑组织均为晚反应组织，对于常规放疗方案只能产生较小的放射生物学效应。而伽玛刀放射外科一次给予18～25Gy的周边剂量，导致血管内皮损伤，内皮下的纤维组织增生，最终导致畸形血管闭塞。

Ⅱ类靶区：晚反应正常组织包绕晚反应靶组织，良性脑膜瘤为此类组织的代表。良性脑膜瘤边界清楚，通常不累及脑实质。由于放射外科的照射剂量在治疗靶区体积外骤降，靶区外的正常脑组织接受的剂量明显低于肿瘤组织。伽玛刀利用肿瘤靶区内与靶区外正常组织之间的巨大剂量差异达到控制肿瘤生长。听神经瘤、血管母细胞瘤(血管网状细胞瘤)、三叉神经鞘瘤等也属于Ⅱ类靶区组织

Ⅲ类靶区：早反应靶组织与晚反应正常组织相互混杂，以低度恶性胶质瘤为此类组织的代表。正常的胶质细胞与异常的胶质细胞相互交织在一起。放射外科治疗时，交织在一起的正常组织和肿瘤组织均接受靶区体积内的高剂量照射，伽玛刀治疗后极易产生脑水肿。而靶区外数毫米，放射剂量骤降，靶区外潜在的肿瘤细胞没有得到足够的放射剂量，肿瘤易复发。因此，伽玛刀一般不作为恶性胶质瘤的首选治疗方式。

Ⅳ类靶区：晚反应正常组织包绕早反应靶组织，胶质母细胞瘤和转移瘤是此类组织的代表。转移瘤呈膨胀性生长，将正常脑组织推向肿瘤的周围，肿瘤与正常脑组织之间界限清楚，伽玛刀高剂量的聚焦照射，使靶区组织接受单次大剂量照射，足以杀死富氧细胞和乏氧细胞，闭塞肿瘤内的滋养血管，达到控制肿瘤生长，使肿瘤缩小或消失。虽然Lasson教授将胶质母细胞瘤归为第Ⅳ类靶组织，但是，胶质母细胞瘤与转移瘤不同，它对周围正常脑组织有明显的侵袭性，肿瘤的边缘不规则、边界不明确。将伽玛刀作为这类肿瘤的首选治疗方式是不合适的。(上海，王恩敏)

2.5 伽玛刀处方剂量的研究

伽玛刀治疗剂量的选择是在有效治疗病灶而又不引起明显的并发症之间作权衡。也就是说，给于病灶有效的放射剂量同时又不破坏周围正常组织的功能。在探讨及规范放射外科剂量的研究中，人们应用剂量一效应曲线来评价不同剂量时疗效与并发症的关系。目前伽玛刀放射外科实施的处方剂量多数来自长期的临床经验积累，没有统一的标准。但是在给予治疗剂量时应注意考虑下列因素。

1．病灶体积：病灶体积对伽玛刀治疗后的副反应直接相关，一般来讲，病

灶体积小，病灶接触正常脑组织的体积亦小，在实施处方剂量范围内，可选择高剂量。病灶体积大，实施的治疗剂量相应降低。

2．病灶的性质：病灶的病理性质不同对伽玛刀的反应也不同，良性肿瘤实施周边剂量偏低，恶性肿瘤需要较高的放射剂量才能控制肿瘤生长。A VM的闭合率对放射剂量有直接依赖性，病灶周边剂量高，A VM的闭合快，闭合率高。

3．病灶所处的部位：病灶位于非功能区脑组织，伽玛刀治疗后即使产生一些脑损伤，患者可能不出现临床症状，这些部位可选择处方剂量范围内的高剂量。但是，如果病灶比邻重要功能区或敏感的颅神经，要注意控制放射剂量。

4．剂量计划因素：在相同的治疗剂量情况下，治疗靶区包含正常脑组织较多，治疗后容易引起副反应。在制订治疗计划时，尽量做到所设计的等剂量曲线与所治疗病灶的边缘基本吻合一致。

5．颅神经和脑干的耐受剂量：伽玛刀治疗时，要特别注意颅神经和脑干所受到的辐射。视神经、视交叉视束的安全耐受剂量为<9Gy，面神经的安全耐受剂量为<13Gy，海绵窦颅神经的耐受剂量为<15Gy，脑干的安全耐受剂量为12Gy，但当脑干受到照射的体积非常小，脑干可接受15Gy的放射剂量。

下面介绍伽玛刀治疗适应证的临床治疗剂量，这些剂量范围可根据病灶大小灵活掌握。

A VM：伽玛刀治疗中小型A VM(直径≤2．5cm)已经取得了良好的临床效果，A VM的完全闭塞率可达到85％左右。治疗中小型A VM的周边处方剂量为18～25Gy。病灶体积小，照射剂量高，A VM闭塞快。当A VM体积较大时(例如：>10cm3)，照射的剂量将进一步降低。

听神经瘤：伽玛刀治疗中小型听神经瘤的疗效已经得到神经外科界的公认。治疗中小型肿瘤周边剂量为12～14Gy。平均周边剂量13Gy，听神经瘤的控制率可达到92％～98％。

三叉神经鞘瘤：三叉神经鞘瘤是颅内少见良性肿瘤，近十多年来，伽玛刀在治疗三叉神经鞘瘤方面显示出其独特的优势。伽玛刀治疗三叉神经鞘瘤的周边剂量为12～14Gy。

脑膜瘤：脑膜瘤属于良性肿瘤，当肿瘤位于大脑镰、矢状窦、大脑凸面等部位，手术易切除，主要采取手术治疗。伽玛刀治疗主要适用于小型脑膜瘤、手术后残留或复发脑膜瘤以及海绵窦、颅底等部位的中小型脑膜瘤。伽玛刀治疗脑膜瘤的周边剂量13～16Gy，平均为14Gy左右。

垂体瘤：小型垂体瘤离开视神经、视交叉、视束的距离大于3mm均可伽玛刀治疗。手术后残留垂体瘤，特别是肿瘤位于海绵窦也是伽玛刀的良好适应证。垂体瘤可分为高功能腺瘤和无功能肿瘤，伽玛刀治疗高功能腺瘤所需的放射剂量高，肿瘤周边剂量25～30Gy，ACTH型垂体瘤的周边剂量甚至大于30Gy；而无功能腺瘤所需剂量低，肿瘤周边剂量15～20Gy。

血管母细胞瘤（血管网织细胞瘤）：血管母细胞瘤是一种良性肿瘤，实质性肿瘤由高度丰富幼嫩的血管组织和间质细胞组成，血供丰富，手术切除时出血多。中小型实质性肿瘤边界清楚，是伽玛刀治疗的良好适应证，但是伴有囊性变或囊性血管母细胞瘤应首选手术治疗。肿瘤的控制与照射剂量相关，通常实施的肿瘤周边剂量为15～20Gy。

转移瘤：伽玛刀治疗转移瘤的周边剂量变化较大，小的单发转移瘤，肿瘤周边剂量可高达25Gy，但是多数情况下，肿瘤的周边剂量为18—25Gy。

胶质瘤：胶质瘤呈浸润性生长，肿瘤细胞与正常脑组织之间无明显的边界，肿瘤边界外几毫米甚至2cm以内都有肿瘤细胞浸润。因此，通常情况下，并不主张伽玛刀作为恶性胶质瘤的首选治疗方法。但是伽玛刀可作为胶质瘤手术后的一种辅助治疗措施，起到巩固疗效，延长患者生存期的作用。根据肿瘤的大小和部位，伽玛刀治疗的周边剂量为12～18Gy。

松果体区肿瘤：松果体区肿瘤多数属恶性肿瘤，当肿瘤对间脑的侵袭压迫较轻时，伽玛刀治疗的周边剂量可选择在13～16Gy。

三叉神经痛：1993年RandRW首先报道伽玛刀照射三叉神经根部治疗三叉神经痛，并取得了较高疼痛缓解率。之后三叉神经痛成为伽玛刀治疗病例最多疗效最好的功能性疾病。伽玛刀治疗的中心剂量为70～90Gy。

(上海，王恩敏)

第3章动静脉血管畸形

瑞典Lars Leksell教授根据立体定向技术原理，于1951年提出了立体定向放射外科治疗概念。并且通过十多年的研究，终于在1967年研制出世界上第一台Leksell伽玛刀。1970年，Steiner和Backlund医生，第一次成功地为一例动静脉畸形患者施行了立体定向放射外科治疗。截止到2002年12月底，全世界已有超过31924例A VM患者接受了伽玛刀治疗，并获得了良好的临床效果。

立体定向放射外科治疗脑血管疾病，是依靠影像定位方法实施精确的放射线治疗。脑血管畸形做为最早开展的立体定向放射外科治疗的适应症之一，原因在于可以借助血管造影确定靶区。放射外科治疗后引起的血管内皮增生、血管腔狭窄闭合，导致动静脉血管畸形的闭塞。完全的病变闭塞一般出现在放射外科治疗后的一到三年。选择脑血管病变治疗手段时，主要考虑的是：以最低的并发症率，最大可能地避免病灶的再出血危险。越来越多的文献证明，放射外科治疗，作为治疗脑血管病的重要治疗方法，尤其在治疗脑内深部（基底节、内囊、丘脑和脑干），以及位于感觉运动功能区或视觉中枢功能区的脑血管病变中的治疗优势日益受到肯定。

3.1 颅内A VM的临床表现和影像学特征

目前国内外尚无适用于放射外科治疗的A VM分级标准。如Spetzler分级中的第6级病人，因A VM位于下丘脑或脑干，不适合外科手术切除。但该类病例并不是放射外科治疗的禁忌证。综合文献报道，在选择适合放射外科治疗病例前，应对以下主要影响因素进行评估：

A VM的大小

传统的分类方法几乎均是以A VM的最大直径或平均直径来描述A VM的大小。这种方法对于接受显微外科手术的病例来说，无论是术前准备以及术后疗效评价均可作为一个客观的指标。按照大多数学者的意见：平均直径≤2-2.5cm以下者为小型A VM；平均直径≥5-6cm以上者为大型或特大型A VM；两者之间为中型A VM。由于A VM的形态各异，用最大直径或平均直径往往不能表示畸形血管巢的实际容积，且直径的倍增与容积的变化是二种完全不同的结果。如平均直径为1cm的类球形A VM，容积约为4.19cm3 ；而平均直径为3cm的类球形A VM，容积约为113.04cm3。可以看出，尽管两者平均直径相差仅2倍，但容积

的变化却有25倍之多。而病灶受照容积的变化正是影响放射外科疗效以及并发症发生率的重要因素。

不少学者根据各自的治疗随访资料，采用以靶区容积来描述A VM的大小。其中Karlsson将容积≤2cm3定义为小型A VM，≥2cm3（2-50cm3，平均5.8cm3）为中型A VM。Kondziolka等发现，不超过4cm3的A VM，伽玛刀治疗2-3年后完全闭塞率均大于80%；而容积大于4cm3的A VM，随着容积的增加，完全闭塞率有逐渐降低的趋势。

A VM的部位

目前所采用的AVM的分级标准，几乎无一例外地都把AVM的部位作为一个重要的指标加以重视。其主要原因是，AVM的部位不同将直接影响到治疗结果，并发症的发生率也因AVM的部位不同而存在明显的差异。

Karlsson按病灶部位不同将AVM分为三大类：①中央型：指位于脑干、丘脑、下丘脑、基底节、脑室内或脑室旁、以及胼胝体等处的AVM；②小脑及小脑蚓部型AVM：③周围型：除上述两型以外其他部位的AVM。临床研究发现，在其它条件不变的情况下，中央型AVM治疗后出现并发症的几率较周围型AVM明显增加。

AVM的影像学分型

除了前述国际国内常用的AVM的分类方法外，为了临床预测放射外科治疗AVM的预后分析需要，Inoue等根据神经影像学表现，把AVM以血流动力学变化特点分为云雾型、直通型及混合型。在血管造影图像上，云雾型AVM：由细小动脉供血，畸形血管巢呈均一的细小颗粒状，引流静脉在早期血管造影片上不显影。直通型AVM：由粗大的动脉供血，通过较粗大的直通畸形血管而进入引流静脉，故在血管造影图像上可见早期引流静脉出现。混合型AVM：通常体积较大，同时兼有云雾型和直通型AVM的特点。

根据MRI、三维CT血管造影图像，AVM又可分为均一型和非均一型。均一型AVM在MRI上表现为边界清楚的均一流空信号，三维CT造影显示血管巢为细小颗粒结构组成，边界清楚。而非均一型AVM则在MRI上表现为形状不规则，流空信号不均一的畸形血管团，其间可混杂脑组织，边界常不清楚。对不同类型AVM 伽玛刀治疗后的疗效进行对比，发现云雾型、均一型AVM的治疗效果远较直通型和非均一型AVM好。

3.2伽玛刀治疗适应证的选择

一般来说，AVM一旦被检出即应尽早选择适当的治疗。但值得注意的是，以出血作为首发症状的患者占所有AVM病例的67.8％。这意味着多数患者起病较急，常因脑内血肿或蛛网膜下腔出血，引起明显的症状和体征，有的甚至可危及生命。因此，一般并不主张在 AVM急性出血期内施行放射外科治疗。此外，脑内血肿、脑室内积血、蛛网膜下腔出血后引起的脑积水和血管痉挛等，均可使畸形血管团受压变形、移位，甚至显示不完全或根本不显影。若在此期内采用放射外科治疗，有可能造成对AVM血管巢的治疗不完全，以致影响治疗效果。目前大多数学者将出血后AVM的伽玛刀治疗时机选择在血肿吸收后进行，也即出血后1—3个月。对于手术后残留或仅行血肿清除术后的AVM病例，通常需待脑水肿完全消失、正常结构复位、全身状态稳定后再考虑伽玛刀治疗。已行栓塞治疗而未完全闭塞的AVM病例，若需联合使用放射外科治疗，应尽可能安排在栓塞治疗后的3个月内进行，以避免潜在的畸形血管再通可能。

3.3 剂量规划

成功进行脑动静脉血管畸形的放射外科治疗，关键在于对整个血管巢的精确定位后实施适当剂量的放射辐照治疗。与肿瘤性病变的立体定向放射外科治疗相比，治疗动静脉血管畸形(AVM)时，如何确定靶区范围通常要困难和复杂得多。原因在于，AVM通常形态不规则，供血动脉、畸形血管巢和引流静脉常混杂在一起，难以分辨。从定位影像技术方面来看，目前常用的几种定位方法在对AVM 的定位上仍各存在优缺点。因此，联合选择两种以上定位影像技术对AVM伽玛刀治疗前靶区范围进行定位，这是目前AVM影像定位技术的发展趋势。

定位方法

1．普通血管造影定位

这是AVM放射外科治疗最为经典的定位方法。自Leksell伽玛刀问世初，普通血管造影即开始用于AVM的定位，至今仍在一些伽玛刀治疗中心沿用这种方法。其优点是：对定位影像设备的要求不高，只要在有X光机的情况下即可完成，且定位准确。若配合使用快速连续摄片方法，可以获得不同时期的血管灌注情况，从而可以将供血动脉、畸形血管巢和引流静脉分辨出来。

但普通血管造影最大的缺点是仅能提供二维的影像学资料，对于形态不规则或较为复杂的血管畸形，尚不能清楚地表达其三维构形。此外，与数字减影血管