立体定向放射治疗的现状及发展
作者：祝淑钗 万钧 陈秋立 周道安
单位：祝淑钗(河北医科大学第四医院放疗科 (河北，石家庄，050011))；万钧(河北医科大学第四医院放疗科 (河北，石家庄，050011))；陈秋立(河北医科大学第四医院放疗科 (河北，石家庄，050011))；周道安(河北医科大学第四医院放疗科 (河北，石家庄，050011))
关键词：立体定向放射治疗；γ刀；X刀
中国医疗器械杂志000210 提 要：介绍立体定向放射治疗特点与设备
分类号：R815 文献标识码：A
文章编号：1000-6974(2000)02-0102-03
The Stereotactic Radiotherapy Technology:Current Status and Development
, http://www.100md.com
ZHU Shu-chai WAN Jun CHEN Qiu-li ZHOU Dao-an
(Radio therapy Department,NO.4 Hospilal,Hebei Medical University)
Abstract：There in this paper is an introduetion of the radiotherapy characteristics and its equipments
Keywords：Stereotactic radiotherapy;γ-knife; X-knife▲
近年来，立体定向放射治疗在国内得到了迅速发展，放射治疗的原则是：既要保证肿瘤组织获得足够的致死剂量，又要防止正常组织因接受过多的照射而造成放射损伤，因此这个问题一直困扰着传统的常规放射治疗学，常规的放射治疗虽采用了不同的分割照射方式和改进了放射治疗设备，使治疗效果有了大幅度提高，但仍未达到预期的效果。
, http://www.100md.com
1951年，瑞典著名的神经外科专家Lars Leksell教授首先提出了立体定向放射治疗的方法，把放射线从不同方位定向准直照射病灶，在病灶中心形成大剂量聚焦效果的同时，减少对正常组织的损伤，从而使病变组织坏死，达到“切除”肿瘤的效果，对某些疾病代替了常规的手术，达到了无血、无痛“手术”的目的。
1 立体定向放射外科的特点
(1)精确的立体定位手段；(2)多路径照射方式，大大超过常规放疗的焦皮比(单位体积内病变组织与健康组织所受剂量之比)；(3)从临床放射剂量学的角度看，立体定向放射治疗对肿瘤组织有准确的剂量照射，给予肿瘤组织较大的杀伤，同时又明显降低对周围正常组织的照射；并通过计算机治疗计划系统，可对肿瘤组织实施一次性大剂量致死照射，像手术一样“切除”肿瘤，故称之为“放射线刀”。
2 立体定向放射治疗常用设备简介
, http://www.100md.com 2.1 γ刀
瑞典的Elekta公司于1968年推出第一台γ刀，目前用于临床治疗的是第三代γ刀，它具有201个沿半球源体环形排列的Co60放射源，采用了静态聚焦方法，利用准直器使γ射束聚集于半球源体的球心上，由于总活性达6000居里的放射源被分装成201个放射源，每一束射线只具有较小的照射剂量，治疗时可一次性杀死病变组织，而对正常组织的照射是很小，达到手术治疗的效果，故称γ刀。
2.1.1 γ刀的目前分布运作状况
据统计，全世界已安装γ刀83台，中国有15台，全世界共治疗34022例病人，中国8000例，截止1994年6月份的一份资料详述如下：
表1. γ刀和已治疗病人数 地区
中心数
, http://www.100md.com
治疗病人数
%
欧洲
13
8141
30
南北美洲
21
9137
33
远东
22
10895
, 百拇医药
37
(中国
12
6000)
全世界
56
27373
100
表2. γ刀每年治疗病人数(1968～1994) 年份
人数
%
1968～1986
1320
, http://www.100md.com
4.8
1987
370
1.4
1988
500
1.8
1989
950
3.5
1990
1570
5.7
, http://www.100md.com
1991
2253
8.2
1992
4341
15.9
1993
5437
19.9
1994
10632
38.8
总数
, 百拇医药
27373
100
2.1.2 γ刀的适应征
主要为小体积(直径<2.5～3cm)的病变，可用于治疗颅内血管畸形、良性肿瘤、恶性肿瘤和功能障碍等。表3. γ刀治疗的病例类型 类型
数量
%
血管畸形
8923
33
良性肿瘤
10059
, 百拇医药 36
恶性肿瘤
7842
29
功能性病变
549
2
总数
27373
100
表4. γ刀治疗的良性肿瘤的类别 类别
数量
%
, 百拇医药
听神经瘤
3319
33
脑脊膜瘤
3185
32
垂体腺瘤
2135
21
松果体瘤
320
3
颅咽管瘤
, http://www.100md.com
333
3
其他
767
8
总计
10059
100
表5. γ刀治疗恶性肿瘤类别 类别
数量
%
神经胶质瘤
2717
, http://www.100md.com
35
转移瘤
4455
56
其他
670
9
总计
7842
100
2.1.3 讨论
(1) 动静脉畸形 γ刀治疗动静脉血管畸形已被广泛地认同，细小的到中等体积的血管畸形都适合用γ刀治疗，体积上限为20立方厘米，剂量为25Gy，其成功率在80%～90%之间。Karolinska学院认为位于脑干的小血管畸形最好用γ刀，位于脑部其他主要部位的血管畸形，γ刀的效果优于其他方式，如显微外科手术和栓塞形成术；对于γ刀治疗海绵状血管瘤，有诸多不同的意见。
, 百拇医药
(2) 良性肿瘤 自1969年以来前庭神经鞘瘤或听神经鞘瘤已治疗超过1000例，大部分学者认为脑内直径小于3cm的肿瘤，将是γ刀治疗的适应症，但也有人认为除了有高度外科手术危险的病人外，现代显微外科手术均可达到最好的治疗效果，普遍认为γ刀只是辅助疗法。
(3) 恶性肿瘤 一般讲，颅内原发性恶性肿瘤因其浸润性生长的特性，并不适合于放射外科，相反，继发性恶性肿瘤通常有明显的边界，故较适合于放射外科治疗，最近对200例接受γ刀治疗的病人跟踪观察，发现半数肿瘤消失，1/3有明显的体积缩小，5%无变化，10%增大，肿瘤体积增大的病例中有一半是由于放射性坏死，而1/4是由于局部复发，如以肿瘤停止生长或体积缩小为标准，其成功率达90%以上，最好的疗效指标是治疗区的复发率，在Karolinska学院所作的375例γ刀手术中，有27例(7%)复发；在另外的116例单发性转移病灶γ刀治疗后17名(15%)局部复发，而接受普通手术并配合全脑放疗的复发率为20%，单纯全脑照射的复发率为50%。
, 百拇医药
(4) 功能性障碍 人们已尝试将放射外科应用于运动系统障碍、疼痛和精神疾病如强迫观念与行为的神经机能病(OCD)，目前积累的例数较少，尚处于尝试阶段。
2.2 X刀
γ刀固然带来了一次革命，但由于其适应症狭窄(只用于颅内病变)和价格昂贵等原因，限制其普及应用。80年代，欧美开始探索立体定向放射治疗的其他途径。Colombo和Betti等人将用于常规放射治疗的医用电子直线加速器加以改进，通过电子计算机和专用的准直器与立体定向系统，使照射源围绕病人头部等中心点移动旋转，其射线集中于一点，而取得与γ刀同样的治疗效果，其价格仅为γ刀的1/6～1/5，近几年来，技术不断成熟，在美国已建成等中心医用电子直线加速器治疗中心150余所，在法、意、荷、英、加拿大等也相继成立，我国于1993年安装了第一台X刀，因其所采用的物理射线为直线加速器的X线，故又称为X刀。
2.2.1 X刀优点：X刀的发展很迅速，有逐步取代γ刀的趋势，原因在于：(1)设备简单，只要将一般医用电子直线加速器加上等中心照射的配件即可，并使一般直线加速器达到一机多用；(2)机器设备造价较低；(3)γ刀使用钴源，由于安装后能量逐步衰减，使单次照射时间逐渐延长，是容易造成环境污染，而X刀无此问题；(4)X刀比γ刀的靶区更大，对不规则形状的病灶，X刀在安排多个等中心照射时，有更大的灵活性；易于实现分块和动态照射，通过多叶光栅等技术，有利于达到精确度和治疗效果更为理想的适形照射；(5)X刀除用于头部，还可对躯体其他部位如胸腹脏器、脊柱，盆腔，四肢等恶性肿瘤施实类似的治疗(国内已有临床应用)，故有人将其推崇为“21世纪的外科”；(6)X刀无创伤性头架的出现，装卸方便，重复安装不影响精度，故可进行分次照射，避免了立体定向放射外科单次照射引起的并发症，扩大了使用范围，而γ刀则限于单次照射。
, http://www.100md.com
2.2.2 X刀的缺点：(1)临床使用时间短，病例资料较少，临床经验有待充实。(2)X刀的控制系统复杂。(3)机架与治疗床均需不断转动，机器的重力变形所致偏差可使等中心偏差增大，故须经常校对。(4)光束照射较散，焦点投照体积较大，易影响周围正常组织，不如γ刀精确(误差：X刀为±0.5mm，γ刀为±0.1mm)。
2.2.3 X刀的适应症
世界各国近30年来采用立体定向放射外科治疗了大批病人，其中疗效最好的是脑血管畸形，一些常规手术难以奏效的病人均获治愈，今后的重点是颅内孤立的原发或转移性肿瘤的治疗、分期放射外科治疗、耐受剂量及并发症等，各家发表的临床长期随访报告，证明其特点为高效安全，死亡率几乎为零，最适合于治疗体积较小的(直径<3cm)的颅内病变，其长期效果还待进一步观察。
3 几种射线刀的比较(表6)
表6. 三种放射外科设备的性能对比(luxxon.1993)
, 百拇医药
质子或重粒子刀
X刀
γ刀
对正常脑组织的损害
+++
+
+
边缘是否锐利
+++
+
+
放射生物效应
+++
, 百拇医药
+
+
治疗剂量计算的灵活程度
++
+++
+
治疗剂量计算的复杂程度
-
++
++
小病灶的治疗效果
++
++
, 百拇医药
++
大病灶的治疗效果
+++
++
+/-
设备投资的效益
-
+++
+
安装难度
-
++
+
, http://www.100md.com
对工作人员的要求
-
++
+++
治疗费用
-
++
+++
操作难易
-
+
++
注：+++优，++良，+可，-劣
, http://www.100md.com
4 立体定向放射治疗的最新发展动态
4.1 旋转式γ刀 深圳奥沃公司在国际上率先研制旋转式γ刀，其原理为装在旋转式源体上的24个或30个放射源绕病灶中心做锥面旋转聚焦运动，这样健康组织所受到的照射剂量更为分散，从而在病灶中心形成焦皮比1000∶1的聚焦治疗效果。
4.2 全身γ刀 其工作原理与旋转式γ刀一致，但总的结构布局、放射源的分布与防护、全身立体定位等更为复杂，全身γ刀适用于躯干部位的肿瘤，其γ-射线的最大束径应大于头部γ刀，定位精度不低于0.5mm，可望取得与头部γ刀相近似的焦皮比。
4.3 多功能扫描X刀 鉴于X刀本身的诸多优点，改进X刀的设计，形成新一代多功能X刀，是最终发展方向。其适应范围包括从头部到全身的肿瘤治疗，技术复杂，焦皮比和定位精确度等主要技术指标都大于全身γ刀，是一种极有前途的新型放疗设备。
, 百拇医药 4.4 质子立体定向放疗装置 质子立体定向放疗装置是立体定向放射外科的又一新发展。质子最大的特点是质子射线进入人体后，形成所谓的Bragg峰，这样射线对肿瘤前面的正常组织伤害很小，几乎不伤害肿瘤后面的正常组织。通过选择和调节质子射线的能量，能够使Bragg峰处于肿瘤中心，还可使Bragg峰外展宽到与肿瘤的厚度相当，因此质子射线治疗肿瘤，具有精确定位和焦皮比很高的优势。目前世界上已有美、日、俄、法和意等五个国家开展质子治疗肿瘤的研究，中科院高能所已开发研制质子立体定向治疗装置。此种装置投资巨大，技术复杂，是更高层次的立体定向放射外科设备。■
基金项目：国家科委攀登计划(B)“核医学和放射治疗中先进技术的基础研究”课题名称：放射治疗先进技术发展战略的研究
收稿日期：1999-1-26, 百拇医药
单位：祝淑钗(河北医科大学第四医院放疗科 (河北，石家庄，050011))；万钧(河北医科大学第四医院放疗科 (河北，石家庄，050011))；陈秋立(河北医科大学第四医院放疗科 (河北，石家庄，050011))；周道安(河北医科大学第四医院放疗科 (河北，石家庄，050011))
关键词：立体定向放射治疗；γ刀；X刀
中国医疗器械杂志000210 提 要：介绍立体定向放射治疗特点与设备
分类号：R815 文献标识码：A
文章编号：1000-6974(2000)02-0102-03
The Stereotactic Radiotherapy Technology:Current Status and Development
, http://www.100md.com
ZHU Shu-chai WAN Jun CHEN Qiu-li ZHOU Dao-an
(Radio therapy Department,NO.4 Hospilal,Hebei Medical University)
Abstract：There in this paper is an introduetion of the radiotherapy characteristics and its equipments
Keywords：Stereotactic radiotherapy;γ-knife; X-knife▲
近年来，立体定向放射治疗在国内得到了迅速发展，放射治疗的原则是：既要保证肿瘤组织获得足够的致死剂量，又要防止正常组织因接受过多的照射而造成放射损伤，因此这个问题一直困扰着传统的常规放射治疗学，常规的放射治疗虽采用了不同的分割照射方式和改进了放射治疗设备，使治疗效果有了大幅度提高，但仍未达到预期的效果。
, http://www.100md.com
1951年，瑞典著名的神经外科专家Lars Leksell教授首先提出了立体定向放射治疗的方法，把放射线从不同方位定向准直照射病灶，在病灶中心形成大剂量聚焦效果的同时，减少对正常组织的损伤，从而使病变组织坏死，达到“切除”肿瘤的效果，对某些疾病代替了常规的手术，达到了无血、无痛“手术”的目的。
1 立体定向放射外科的特点
(1)精确的立体定位手段；(2)多路径照射方式，大大超过常规放疗的焦皮比(单位体积内病变组织与健康组织所受剂量之比)；(3)从临床放射剂量学的角度看，立体定向放射治疗对肿瘤组织有准确的剂量照射，给予肿瘤组织较大的杀伤，同时又明显降低对周围正常组织的照射；并通过计算机治疗计划系统，可对肿瘤组织实施一次性大剂量致死照射，像手术一样“切除”肿瘤，故称之为“放射线刀”。
2 立体定向放射治疗常用设备简介
, http://www.100md.com 2.1 γ刀
瑞典的Elekta公司于1968年推出第一台γ刀，目前用于临床治疗的是第三代γ刀，它具有201个沿半球源体环形排列的Co60放射源，采用了静态聚焦方法，利用准直器使γ射束聚集于半球源体的球心上，由于总活性达6000居里的放射源被分装成201个放射源，每一束射线只具有较小的照射剂量，治疗时可一次性杀死病变组织，而对正常组织的照射是很小，达到手术治疗的效果，故称γ刀。
2.1.1 γ刀的目前分布运作状况
据统计，全世界已安装γ刀83台，中国有15台，全世界共治疗34022例病人，中国8000例，截止1994年6月份的一份资料详述如下：
表1. γ刀和已治疗病人数 地区
中心数
, http://www.100md.com
治疗病人数
%
欧洲
13
8141
30
南北美洲
21
9137
33
远东
22
10895
, 百拇医药
37
(中国
12
6000)
全世界
56
27373
100
表2. γ刀每年治疗病人数(1968～1994) 年份
人数
%
1968～1986
1320
, http://www.100md.com
4.8
1987
370
1.4
1988
500
1.8
1989
950
3.5
1990
1570
5.7
, http://www.100md.com
1991
2253
8.2
1992
4341
15.9
1993
5437
19.9
1994
10632
38.8
总数
, 百拇医药
27373
100
2.1.2 γ刀的适应征
主要为小体积(直径<2.5～3cm)的病变，可用于治疗颅内血管畸形、良性肿瘤、恶性肿瘤和功能障碍等。表3. γ刀治疗的病例类型 类型
数量
%
血管畸形
8923
33
良性肿瘤
10059
, 百拇医药 36
恶性肿瘤
7842
29
功能性病变
549
2
总数
27373
100
表4. γ刀治疗的良性肿瘤的类别 类别
数量
%
, 百拇医药
听神经瘤
3319
33
脑脊膜瘤
3185
32
垂体腺瘤
2135
21
松果体瘤
320
3
颅咽管瘤
, http://www.100md.com
333
3
其他
767
8
总计
10059
100
表5. γ刀治疗恶性肿瘤类别 类别
数量
%
神经胶质瘤
2717
, http://www.100md.com
35
转移瘤
4455
56
其他
670
9
总计
7842
100
2.1.3 讨论
(1) 动静脉畸形 γ刀治疗动静脉血管畸形已被广泛地认同，细小的到中等体积的血管畸形都适合用γ刀治疗，体积上限为20立方厘米，剂量为25Gy，其成功率在80%～90%之间。Karolinska学院认为位于脑干的小血管畸形最好用γ刀，位于脑部其他主要部位的血管畸形，γ刀的效果优于其他方式，如显微外科手术和栓塞形成术；对于γ刀治疗海绵状血管瘤，有诸多不同的意见。
, 百拇医药
(2) 良性肿瘤 自1969年以来前庭神经鞘瘤或听神经鞘瘤已治疗超过1000例，大部分学者认为脑内直径小于3cm的肿瘤，将是γ刀治疗的适应症，但也有人认为除了有高度外科手术危险的病人外，现代显微外科手术均可达到最好的治疗效果，普遍认为γ刀只是辅助疗法。
(3) 恶性肿瘤 一般讲，颅内原发性恶性肿瘤因其浸润性生长的特性，并不适合于放射外科，相反，继发性恶性肿瘤通常有明显的边界，故较适合于放射外科治疗，最近对200例接受γ刀治疗的病人跟踪观察，发现半数肿瘤消失，1/3有明显的体积缩小，5%无变化，10%增大，肿瘤体积增大的病例中有一半是由于放射性坏死，而1/4是由于局部复发，如以肿瘤停止生长或体积缩小为标准，其成功率达90%以上，最好的疗效指标是治疗区的复发率，在Karolinska学院所作的375例γ刀手术中，有27例(7%)复发；在另外的116例单发性转移病灶γ刀治疗后17名(15%)局部复发，而接受普通手术并配合全脑放疗的复发率为20%，单纯全脑照射的复发率为50%。
, 百拇医药
(4) 功能性障碍 人们已尝试将放射外科应用于运动系统障碍、疼痛和精神疾病如强迫观念与行为的神经机能病(OCD)，目前积累的例数较少，尚处于尝试阶段。
2.2 X刀
γ刀固然带来了一次革命，但由于其适应症狭窄(只用于颅内病变)和价格昂贵等原因，限制其普及应用。80年代，欧美开始探索立体定向放射治疗的其他途径。Colombo和Betti等人将用于常规放射治疗的医用电子直线加速器加以改进，通过电子计算机和专用的准直器与立体定向系统，使照射源围绕病人头部等中心点移动旋转，其射线集中于一点，而取得与γ刀同样的治疗效果，其价格仅为γ刀的1/6～1/5，近几年来，技术不断成熟，在美国已建成等中心医用电子直线加速器治疗中心150余所，在法、意、荷、英、加拿大等也相继成立，我国于1993年安装了第一台X刀，因其所采用的物理射线为直线加速器的X线，故又称为X刀。
2.2.1 X刀优点：X刀的发展很迅速，有逐步取代γ刀的趋势，原因在于：(1)设备简单，只要将一般医用电子直线加速器加上等中心照射的配件即可，并使一般直线加速器达到一机多用；(2)机器设备造价较低；(3)γ刀使用钴源，由于安装后能量逐步衰减，使单次照射时间逐渐延长，是容易造成环境污染，而X刀无此问题；(4)X刀比γ刀的靶区更大，对不规则形状的病灶，X刀在安排多个等中心照射时，有更大的灵活性；易于实现分块和动态照射，通过多叶光栅等技术，有利于达到精确度和治疗效果更为理想的适形照射；(5)X刀除用于头部，还可对躯体其他部位如胸腹脏器、脊柱，盆腔，四肢等恶性肿瘤施实类似的治疗(国内已有临床应用)，故有人将其推崇为“21世纪的外科”；(6)X刀无创伤性头架的出现，装卸方便，重复安装不影响精度，故可进行分次照射，避免了立体定向放射外科单次照射引起的并发症，扩大了使用范围，而γ刀则限于单次照射。
, http://www.100md.com
2.2.2 X刀的缺点：(1)临床使用时间短，病例资料较少，临床经验有待充实。(2)X刀的控制系统复杂。(3)机架与治疗床均需不断转动，机器的重力变形所致偏差可使等中心偏差增大，故须经常校对。(4)光束照射较散，焦点投照体积较大，易影响周围正常组织，不如γ刀精确(误差：X刀为±0.5mm，γ刀为±0.1mm)。
2.2.3 X刀的适应症
世界各国近30年来采用立体定向放射外科治疗了大批病人，其中疗效最好的是脑血管畸形，一些常规手术难以奏效的病人均获治愈，今后的重点是颅内孤立的原发或转移性肿瘤的治疗、分期放射外科治疗、耐受剂量及并发症等，各家发表的临床长期随访报告，证明其特点为高效安全，死亡率几乎为零，最适合于治疗体积较小的(直径<3cm)的颅内病变，其长期效果还待进一步观察。
3 几种射线刀的比较(表6)
表6. 三种放射外科设备的性能对比(luxxon.1993)
, 百拇医药
质子或重粒子刀
X刀
γ刀
对正常脑组织的损害
+++
+
+
边缘是否锐利
+++
+
+
放射生物效应
+++
, 百拇医药
+
+
治疗剂量计算的灵活程度
++
+++
+
治疗剂量计算的复杂程度
-
++
++
小病灶的治疗效果
++
++
, 百拇医药
++
大病灶的治疗效果
+++
++
+/-
设备投资的效益
-
+++
+
安装难度
-
++
+
, http://www.100md.com
对工作人员的要求
-
++
+++
治疗费用
-
++
+++
操作难易
-
+
++
注：+++优，++良，+可，-劣
, http://www.100md.com
4 立体定向放射治疗的最新发展动态
4.1 旋转式γ刀 深圳奥沃公司在国际上率先研制旋转式γ刀，其原理为装在旋转式源体上的24个或30个放射源绕病灶中心做锥面旋转聚焦运动，这样健康组织所受到的照射剂量更为分散，从而在病灶中心形成焦皮比1000∶1的聚焦治疗效果。
4.2 全身γ刀 其工作原理与旋转式γ刀一致，但总的结构布局、放射源的分布与防护、全身立体定位等更为复杂，全身γ刀适用于躯干部位的肿瘤，其γ-射线的最大束径应大于头部γ刀，定位精度不低于0.5mm，可望取得与头部γ刀相近似的焦皮比。
4.3 多功能扫描X刀 鉴于X刀本身的诸多优点，改进X刀的设计，形成新一代多功能X刀，是最终发展方向。其适应范围包括从头部到全身的肿瘤治疗，技术复杂，焦皮比和定位精确度等主要技术指标都大于全身γ刀，是一种极有前途的新型放疗设备。
, 百拇医药 4.4 质子立体定向放疗装置 质子立体定向放疗装置是立体定向放射外科的又一新发展。质子最大的特点是质子射线进入人体后，形成所谓的Bragg峰，这样射线对肿瘤前面的正常组织伤害很小，几乎不伤害肿瘤后面的正常组织。通过选择和调节质子射线的能量，能够使Bragg峰处于肿瘤中心，还可使Bragg峰外展宽到与肿瘤的厚度相当，因此质子射线治疗肿瘤，具有精确定位和焦皮比很高的优势。目前世界上已有美、日、俄、法和意等五个国家开展质子治疗肿瘤的研究，中科院高能所已开发研制质子立体定向治疗装置。此种装置投资巨大，技术复杂，是更高层次的立体定向放射外科设备。■
基金项目：国家科委攀登计划(B)“核医学和放射治疗中先进技术的基础研究”课题名称：放射治疗先进技术发展战略的研究
收稿日期：1999-1-26, 百拇医药