伽瑪?shù)督榻B
2011-02-14 18:17方林
中國(guó)醫(yī)療設(shè)備 2011年1期
方林
昆明醫(yī)學(xué)院附屬昆華醫(yī)院 眼科，云南 昆明 650032
伽瑪?shù)督榻B
方林
昆明醫(yī)學(xué)院附屬昆華醫(yī)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(yīng)用。
伽馬刀；60Co；旋轉(zhuǎn)聚焦；電子能量
0 前言
介紹伽瑪?shù)肚跋纫私赓が斏渚€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(fā)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(diǎn)源在 1cm 遠(yuǎn)處的照射量率為 13.2R/h。60Co 屬高毒性核素，對(duì)全身有影響，對(duì)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(chǎng)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(xué)性質(zhì)與元素鈷相同。60Co 放射源的應(yīng)用非常廣泛，幾乎遍及各行各業(yè)。在農(nóng)業(yè)上，其常用于輻射育種、刺激增產(chǎn)、輻射防治蟲害和食品輻照保藏與保鮮等；在工業(yè)上，其常用于無(wú)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(cè)定和在線自動(dòng)控制等；在醫(yī)學(xué)上，其常用于癌和腫瘤的放射治療。
1 伽瑪?shù)?/h2>
伽瑪?shù)叮℅amma Knife）是立體定向放射外科（Stereotactic Radiosurgery）的主要治療手段，是根據(jù)立體幾何定向原理，將顱內(nèi)的正常組織或病變組織選擇性地確定為靶點(diǎn)，使用60Co 產(chǎn)生的伽瑪射線進(jìn)行一次性大劑量地聚焦照射，使之產(chǎn)生局灶性的壞死或功能改變而達(dá)到治療疾病的目的。由于放射線在靶區(qū)分布的特殊性，周圍組織幾乎不受影響，其靶區(qū)壞死邊緣如同刀割，故形象稱之為“伽瑪?shù)丁薄?伽瑪?shù)兜闹委熢眍愃朴诜糯箸R的聚焦過(guò)程。把放大鏡置于陽(yáng)光下，放大鏡下面會(huì)形成一個(gè)耀眼奪目的光斑，即焦點(diǎn)。焦點(diǎn)以外的地方，人的感覺(jué)如常，但在焦點(diǎn)處卻有很高的熱度，足以使一些物體點(diǎn)燃。當(dāng)然，要想在人體內(nèi)聚焦，用太陽(yáng)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(shí)要讓伽瑪射線聚焦也不像放大鏡聚焦那樣簡(jiǎn)單，而要綜合利用核物理、計(jì)算機(jī)、生物放射、機(jī)電等一系列現(xiàn)代技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。因此，伽瑪?shù)妒?0世紀(jì)末現(xiàn)代高科技的產(chǎn)物，作為一種嶄新的無(wú)創(chuàng)傷治療手段，它是醫(yī)學(xué)治療史上的一個(gè)革命性突破。由于射線束從各個(gè)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(shí)照射，因而正常組織得以保護(hù)，靶點(diǎn)以外的正常組織僅受到均勻、微弱劑量照射。只要將焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)病變部位，就可以像手術(shù)刀一樣準(zhǔn)確地一次性摧毀病灶，達(dá)到無(wú)創(chuàng)傷、無(wú)出血、無(wú)感染、無(wú)痛苦、迅速、安全、可靠的神奇療效。
2 伽瑪?shù)兜陌l(fā)展歷史及結(jié)構(gòu)原理
1951 年，瑞典 Leksell教授首先提出了放射外科治療的設(shè)想，并設(shè)計(jì)了第一個(gè)放射治療設(shè)備。將第一代腦立體定向儀的C形臂上的導(dǎo)向儀與一個(gè)中電壓的X射線球管相連接，使發(fā)出的X射線沿C形臂軌跡旋轉(zhuǎn)，從而使射線匯聚于圓心靶點(diǎn)。第一例治療的病人為三叉神經(jīng)痛，靶點(diǎn)為三叉神經(jīng)半月節(jié)，病人取得長(zhǎng)期止痛的良好效果，不再需要手術(shù)治療。在此基礎(chǔ)上，Leksell與物理學(xué)家 Larsson 合作，采用回旋加速器所產(chǎn)生的質(zhì)子束以及早期的直線加速器作為放射外科的工具，進(jìn)行了一系列動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究，為尋求放射外科的不同治療方式及應(yīng)用不同放射線開創(chuàng)了良好的開端。
第一臺(tái)伽瑪?shù)队?1967 年研制成功，采用 179 個(gè)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(zhǔn)直器，使射線束的直徑分別為 4、8、14mm。 1974 年第二臺(tái)伽馬刀在瑞典 Karolinska 醫(yī)院安裝，1984 年第三臺(tái)在阿根廷的 Buenos Aries 安裝，1985 年第四臺(tái)在英國(guó)的 Shiffield安裝，后兩臺(tái)伽瑪?shù)兜姆派湫遭捲丛黾拥?201 個(gè)。1987 年第五臺(tái)伽瑪?shù)对诿绹?guó) Pittsburg 大學(xué)醫(yī)學(xué)院安裝，增加了直徑 18mm 的準(zhǔn)直器，并且引入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使不同準(zhǔn)直器可以根據(jù)治療容積的大小在劑量計(jì)劃中綜合應(yīng)用。此后伽瑪?shù)度遮呁晟疲⒅鸩綌U(kuò)展到了世界各地。
目前大多數(shù)正在使用的為 Leksell B 型伽瑪?shù)?，主要由?nèi)置鈷源的半球形中央體、外準(zhǔn)直器、治療床、控制臺(tái)和劑量計(jì)劃系統(tǒng)構(gòu)成。201 個(gè)鈷源分布于中央體內(nèi)，呈半截球形，每個(gè)源體長(zhǎng) 20mm，直徑 1mm。其又稱鈷針，初裝時(shí)活度為 30Ci，共計(jì)約 6000Ci。用 18mm 的外準(zhǔn)直器在16cm 的聚苯乙烯體模中心測(cè)量，其吸收劑量率為 3Gy/min。因?yàn)?0Co 的半衰期為 5.27 年，經(jīng) 5～7 年的使用后應(yīng)更換鈷源，以保證治療劑量率，節(jié)省治療時(shí)間。1999 年 Leksell C型伽瑪?shù)墩Q生，將劑量計(jì)劃的進(jìn)步與機(jī)器人技術(shù)結(jié)合到了一起，主要特征包括：自動(dòng)定位系統(tǒng)（APS）、頭盔交換機(jī)、頭盔運(yùn)轉(zhuǎn)車、坐標(biāo)顯微操作器，以及彩色編碼的準(zhǔn)直器和塞子。重大的突破在于省去了多等中心劑量計(jì)劃中人工調(diào)整坐標(biāo)的操作，自動(dòng)定位系統(tǒng)會(huì)根據(jù)計(jì)算機(jī)建立的劑量計(jì)劃中的靶點(diǎn)坐標(biāo)，自動(dòng)調(diào)整患者頭部，移到相應(yīng)坐標(biāo)位置。第一臺(tái) C 型伽瑪?shù)队?2000 年安裝在美國(guó) Pittsburg 大學(xué)。
1994 年 7 月在中國(guó)深圳誕生了世界上第一臺(tái)旋轉(zhuǎn)式伽瑪?shù)?，使用?30 個(gè)60Co 放射源，裝載在半球形的頭盔中。其第二級(jí)準(zhǔn)直器是一同軸半球形頭盔，有6組孔，每組5個(gè)孔，孔的排列形式與放射源一致，通過(guò)調(diào)整準(zhǔn)直器的某一組孔與放射源的對(duì)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(tài)時(shí)，其可以使放射源對(duì)正在屏蔽位置以減少放射污染，治療時(shí)放射源和準(zhǔn)直器一同旋轉(zhuǎn)，在靶點(diǎn)形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)聚焦的高劑量區(qū)。其主要優(yōu)點(diǎn)為 ：① 高度自動(dòng)化，無(wú)需人工更換外準(zhǔn)直器 ；② 采用旋轉(zhuǎn)聚焦的手段，使射線在靶區(qū)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(zhǔn)直器上增加了屏蔽棒，進(jìn)一步降低了輻射泄露 ；④ 鈷源數(shù)量減少，降低了安裝及換源的費(fèi)用。
3 伽瑪?shù)兜氖褂?/h2>
治療時(shí)先用立體定位系統(tǒng)對(duì)病灶進(jìn)行定位。立體定位系統(tǒng)是一個(gè)特制的坐標(biāo)系，患者在立體定位系統(tǒng)相對(duì)固定后，通過(guò) CT 、MRI 對(duì)病灶進(jìn)行斷層掃描顯示出病灶與坐標(biāo)系各參照點(diǎn)的相對(duì)位置。定位后，治療計(jì)劃系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)CT、MRI 掃描的圖像進(jìn)行處理，重建顱骨、病灶及其周圍組織的三維形態(tài)，并依據(jù)醫(yī)生給予的處方劑量進(jìn)行治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)，計(jì)算出治療需要的靶點(diǎn)數(shù)、靶點(diǎn)坐標(biāo)、照射時(shí)間和每個(gè)靶點(diǎn)使用的準(zhǔn)直器號(hào)等。在接受到治療計(jì)劃系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)后，電氣控制系統(tǒng)依次將各靶點(diǎn)送到焦點(diǎn)，并打開相應(yīng)的準(zhǔn)直器進(jìn)行定量的照射。
主要治療過(guò)程包括 ：① 患者頭部固定立體定位框架 ；② 影像學(xué)掃描（CT 或 MRI）；③ 制訂治療計(jì)劃和確定處方劑量 ；④ 實(shí)施治療 ；⑤ 卸掉立體定位框架。全部過(guò)程大約需要 2～4h。
伽瑪?shù)吨委熌[瘤優(yōu)勢(shì)非常明顯，具體來(lái)說(shuō)，具有以下特點(diǎn)：
(1) 治療簡(jiǎn)便 ：大約需要幾分鐘到幾十分鐘。
(2) 方便安全 ：患者不脫發(fā)，無(wú)嚴(yán)重不良反應(yīng)，手術(shù)后不用輸血、用藥，不受飲食和活動(dòng)限制，一般不用住院。
(3) 精確：治療全過(guò)程均由計(jì)算機(jī)控制，可靠，療效確切、精確、安全，正常組織無(wú)損傷。
(4) 無(wú)明顯手術(shù)禁忌癥 ：高血壓病、身體狀況及心臟病、治療過(guò)程不受年齡、糖尿病和肺炎等并存病的影響，無(wú)手術(shù)禁忌癥，尤其適合于不能耐受手術(shù)或麻醉者，對(duì)多發(fā)轉(zhuǎn)移灶可一次性治療。
(5) 不需麻醉 ：不需要特殊手術(shù)前準(zhǔn)備、用藥、無(wú)創(chuàng)傷、不出血，手術(shù)在清醒、無(wú)痛情況下進(jìn)行。
保證伽馬刀能夠準(zhǔn)確、有效治療腫瘤的前提是伽馬刀焦點(diǎn)的精度、焦點(diǎn)劑量率和焦點(diǎn)的絕對(duì)劑量以及參考點(diǎn)的相對(duì)劑量，這些參數(shù)是保證治療病人的基本前提。對(duì)其各種機(jī)械、核物理、劑量、計(jì)劃系統(tǒng)等參數(shù)進(jìn)行了反復(fù)測(cè)量驗(yàn)證，并結(jié)合實(shí)際患者進(jìn)行了治療參數(shù)的測(cè)定和驗(yàn)證后，才應(yīng)用于臨床。
由于目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)伽馬刀的廠家較多，伽馬刀的各項(xiàng)參數(shù)以及應(yīng)用到個(gè)體患者的參數(shù)均有差別，這就要求醫(yī)生對(duì)自己使用的伽馬刀參數(shù)事先進(jìn)行測(cè)量，做到心中有數(shù)。但由于各種各樣的原因，據(jù)了解，很多醫(yī)院均沒(méi)有對(duì)使用機(jī)器的參數(shù)進(jìn)行事先測(cè)定，使得治療患者時(shí)醫(yī)生完全依據(jù)生產(chǎn)廠家的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行操作，在治療過(guò)程中就可能存在著一定的盲目性。伽馬刀雖好，使用時(shí)也應(yīng)格外謹(jǐn)慎。只有和臨床醫(yī)生、放射腫瘤專家、影像學(xué)專家共同研究討論后，根據(jù)腫瘤的部位、性質(zhì)、臨床分期、治療情況等決定是否應(yīng)用該設(shè)備進(jìn)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
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