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立体定向放射外科设备
伽玛刀
1．静态式伽玛刀
瑞典的E1ekta公司是这一类型伽玛刀的唯一生产厂家，在1968年推出第一代静态伽玛刀，目前国内引进用于临床的是第三代伽玛刀，它具有201个沿半球源体环形排列的钴60放射源，采用静态聚焦方效。利用淮直器使丫射束聚焦于半球源体的球心上。由于总装活性达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，在聚焦点形成焦皮比达200倍的照射剂量，治疗时可一次性杀死病变组织，达到手术治疗的效果。
2．旋转式伽玛刀
中国在国际上率先研制旋转式伽玛刀，它在静态式伽玛刀的基础上做出了重大改进，设计更为合理。旋转式伽玛刀采用的是旋转聚焦的工作原理，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，由于射线束不是以固定路径穿越健康组织，健康组织所受的照射剂量也更为分散，每个单位体积的健康组织只受到瞬时及几乎无伤害的照射，从而在病灶中心形成焦皮比达1000：1的聚焦治疗效果。旋转式伽玛刀在计算机治疗计划系统、立体定位准直系统的设计上也采取了一些先进技术，是一种结构合理、操作简便、定位准确、安全可靠的新一代丫射线手术刀，其独创的动态旋转扫描式立体定向治疗方法，对立体定向放射外科技术具有革新的意义。
3．全身伽玛刀
全身伽玛刀从工作原理上来说，与动态旋转式头部伽玛刀是一致的。但总体的结构布局、放射源的分布、屏蔽与防护，以及人体的全身立体定位更为复杂。 全身伽玛刀由辐射单元、屏蔽支架结构、治疗床、立体定位系统、电气传动与控制系统以及治疗计划系统组成。 辐射单元由可作相对旋转运动的源体和准直体组成。源体是一个球冠体，按其经纬度有序地分布了30个钴60放射源；在源体的内腔装有与源体为同心球冠的准直体，在准直体上与放射源的步局相对应，排列了若干组不同孔径的准直孔和一组屏蔽体。由于源体和准直体可实现相对旋转运动，放射源可通过准直体自动形成不同束径的Υ射线聚焦于球心点或实现关断屏蔽。由于治疗全身肿瘤的结构需要，全身伽玛刀的旋转聚焦球心点位于辐射单元外部的结构空间中，源体和准直体的特殊结构设计满足了结构屏蔽的需要。全身伽玛刀具有一个特殊的治疗床和立体定位系统。由一个三维平台和活动床组成，活动床上建有三维标尺并与CT,MRI等图像诊断设备接口设计。人体固定在活动床上，考虑到人体呼吸和内脏器官的蠕动，用一套三维随动系统跟踪病灶，实现实时定位。全身伽玛刀的适用症主要为躯干部位的肿瘤，其Υ射线的最大束径应大于头部伽玛刀，定位精度不劣于0．5mm，可望取得与头部伽玛刀相近似的焦皮比。
X刀
1．头部X刀
头部X刀是立体定向放射外科的一个分支。欧、美几家著名的医疗器械厂家如瓦里安、飞利浦、西门子都相继推出了头部X刀产品，国内的深圳0UR公司也同时开发了XK?型X刀。头部X刀技术比较简单，它以医用直线加速器为照射源，配装头部立体定位准直系统和计算机治疗计划系统，利用加速器治疗头的等中心旋转和治疗床绕等中心的不同变位角，实现立体定向治疗。严格地说，头部X刀距立体定向放射外科还有一段距离，主要是因为：
a．由于加速器弧形旋转治疗的局限性，在适应各种病症治疗时，达不到预期的焦皮比，实际的焦皮比是在5021以下；
b．受复杂的定位方式以及机器重力变形等因素的影响，其定位精度只达0．5mm。因此，临床治疗中，往往还采用多次分割照射的方法，以改善治疗效果。同时，由于X射线的发散性，在治疗小肿瘤时具有局限性。头部X刀还需要进行新的技术上的改进。
2．多功能扫描X刀
由于X刀是用电子直线加速器作放射源，具有一些自身的优点：无放射性同位素装填、更换及废源处
理的困难；屏蔽防护简单，切断电源就无放射性污染；剂量率稳定，射线束流特性较好。
国内开发的多功能扫描X刀在提高焦皮比，改善定位精度上采用了一系列新技术，在功能上可实现射线手术刀和立体适形放疗的需要。多功能扫描X刀由电子直线加速器、束流偏转聚焦系统、旋转机架、立体定位准直系统、治疗床、电气拖动与控制系统、真空与水冷系统、治疗计划系统组成。
目前开发的多功能扫描X刀采用6MeV电子直线加速器，选用驻波管类型。电子直线加速器的出口安装了一套束流偏转聚焦系统，电子束沿束流偏转系统末端的偏转磁铁弧形打靶，通过准直器形成对等中心扇形扫描的X射线束。这个束流偏转系统安装在一个特殊设计的旋转机架上；这个旋转机架又可绕等中心作垂直于电磁扇形扫描方向的旋转运动。这样就构成放射线对等中心的大范围立体聚焦扫描。由于增加了电磁聚焦扫描，弥补了单纯机械弧形扫描的不足，从而可以大幅度提高焦皮比，提高聚焦精度，在治疗中也更容易避开敏感组织。束流偏转系统的另一个特点是可以形成平行的X射线束，换装准直器后，在计算机治疗计划系统的控制下实现对肿瘤组织的适形治疗。
多功能扫描X刀的适应症范围包括从头部到全身部位的肿瘤治疗，技术复杂程度高，焦皮比和定位精度等主要技术指标都优于全身伽玛刀o
其他粒子射线的立体定向放射外科技术
1．中子立体定向放疗系统
快中子是迄今人们所发现的对治疗恶性肿瘤最为有效的粒子射线。这是因为处于急剧生长的癌细胞近于无氧状态，它们抗普通射线能力相当于正常细胞的三倍。而快中子的最显著特点就是氧增比(OER)小，相对生物效应(ME)强，能够有效地杀伤缺氧癌细胞和处于相对静止期的癌细胞。然而问题的另一面是，快中子射线存在着物理效应差的缺陷，它在人体内的剂量分布曲线类似丫射线，因此若采用常规照射方法，就会形成数倍于普通射线对正常组织的损伤。这是早期快中子治疗之所以失败的主要原因。
中子立体定向放疗系统是国内开发的一种新型中子治癌装置。它采用立体定向技术，并将中子射束形成三维扫描，弥补其物理效应差的缺陷，全面改善快中子在体内的剂量分布曲线，从而形成一种对健康组织损伤较小、能够有效治疗恶性肿瘤的放射治疗手段。应该说，中子立体定向放疗系统的成功开发，标志立体定向放射外科技术“质”的突破。
中子立体定向放疗系统由中子源和旋转聚焦治疗装置组成。中子源是利用加速的质子或氖核打铍靶或氚靶产生具有适当能量的快中子，在能量上要求具有足够的人体穿透深度，在强度上要求具有足够的照射剂量率。
旋转聚焦治疗装置是实现中子立体定向治疗的关键设备，它根据中子源的不同，实现多束或单束的旋转立体定向扫描，使中子束可以从不同方向定向准直照射于等中心点，在等中心点聚焦可一次性摧毁病灶的放射剂量，而周围的健康组织由于受到大面积的扫描而大大减轻中子辐射损伤。
2．质子立体定向治癌装置
立体定向放射外科的又一新发展是质子立体定向治癌装置。 质子属于质量较重的带电粒子，它除了具有较强的放射生物效应外，还具有物理效应好这一极为突出的优点。质子射线进入人体后，其剂量主要分布在轨迹终点附近，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峰正好处在肿瘤中心，还可以使Bragg峰展宽到与肿瘤厚度相当。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。
250MeV质子同步加速器是一台强聚焦、分离作用和慢加速周期的同步加速器，具有能量调节方便、束流稳定性好、运行可靠、便于操作的特点。
第二代质子治癌装置的显著特点是具有高水平的三维扫描治疗系统，使质子束可以不同方向进行定向准直照射，形成更为精确的治疗精度和更大比例的焦皮比，可进一步提高治疗效果。
质子立体定向治癌装置投资巨大、技术复杂，是更高层次的立体定向放射外科设备。
射波刀
射波刀（Cyber knife），又称“立体定位射波手术平台”，又称“网络刀”或“电脑刀”，是全球最新型
的全身立体定位放射外科治疗设备。它可治疗全身各部位的肿瘤，只需1～5次的照射，即可杀死肿瘤组织，是唯一综合“无伤口、无痛苦、无流血、无麻醉、恢复期短”等优势的全身放射手术形式，患者术后即可回家。
射波刀是由美国斯坦福大学在吸取了以往肿瘤治疗技术的基础上研制出的治疗肿瘤的全新技术，是医学史上唯一精准度在1mm以下、不需要钉子固定头架而能治疗颅内与全身肿瘤的放射外科设备，是治疗肿瘤领域的伟大突破。
射波刀的技术核心是交互式机器人技术，一体化的系统可持续接收到病人位置、肿瘤位置和病人呼吸运动的反馈。根据反馈的信息，射波刀自动持续地以低
于微米级的精度定位每一次的治疗光束。具体来说，它具有以下几个突出的特点。
目前，全球约118家医疗单位使用这种治癌新设备，累计接受治疗的患者超过4万例。去年射波刀被《福布斯》刊载为高科技医疗产品先锋，并被世界经济论坛评为“2008全球科技先驱”项目。
在有些患者，肿瘤会随着呼吸运动而运动，此时，射波刀可利用巡航导弹卫星定位技术，追踪肿瘤在不同时间点的运动轨迹，然后指令机械手随着肿瘤运动同时运动，确保照射时加速器始终对准肿瘤，最大限度地减少了正常组织的损伤。
在外形上，射波刀最大的特点是拥有精密、灵活的机器人手臂。这个有6个自由射波刀度级的精密机器手臂，为治疗提供了最佳的空间拓展性及机动性。能有多达1200条不同方位的光束，从而将照射剂量投放到全身各处的病灶上，真正实现从任意角度进行照射，既大大减少了肿瘤周围正常组织及重要器官的损伤，又有效减少了放射并发症的发生。
射波刀拥有上千条入射光束，可以将多个肿瘤的“手术”安排在同一治疗计
划中，同时对不同部位各个不相邻的肿瘤进行治疗。当然，它也能够治疗位置不固定的肿瘤及不规则形状的肿瘤，小于6厘米的早期肿瘤可彻底消除。
射波刀灵活准确的治疗特点使之能够治疗使用常规设备难以接近的颅内损伤，例如脑膜瘤，鼻咽癌等，因而射波刀能够对全身大部分器官和组织的肿瘤进行治疗。此外，由于射波刀治疗过程中无创、无出血、无痛、不需麻醉，“手术”完成后无需麻醉恢复时间，门诊式的就诊治疗方式，极大地方便了患者。与普通外科手术相比，患者治疗后的恢复期也明显缩短。
射波刀诸多的优越性，使它成为目前世界上最先进的神经系统肿瘤和病变放射治疗系统之一，是唯一利用人体骨架结构作为目标定位参考点的系统，也是唯一能够治愈脊柱和脊髓损伤的自动化立体定向放射治疗系统。
诺力刀
“诺力刀”又称适形调强放射治疗系统。其原理是利用立体定位技术将人体内病变组织精确定位，利用高能医用直线加速器所产生的光子束和电子束，通过自动控制出束形状（通称“适形照射”）和调节射线强度的分布（通称“调强照射”），对人体内的病变组织进行预先规划的高精度大剂量聚焦式照射，使病变组织在短期内即发生放射性坏死，而病灶周围的健康组织得到最大程度的保护，从而达到无创治疗疾病的目的。
诺力刀的系统构成：数字化高能医用直线加速器、全自动内置式微多叶光栅、三维精确数控治疗床、三维立体定位系统、三维治疗计划系统工作站及软件、治疗控制系统、呼吸门控系统、自动跟踪定位系统、射野及剂量验证系统。
诺力刀的主要特点：诺力刀（适形调强放射治疗系统）作为当今放射治疗设备的领先技术，目前已成功的用于临床治疗。其融现代医学影像技术、立体定位技术、计算机、核医学、放射物理、自动化智能控制等多种现代高新科技于一体，可实现对全身肿瘤的常规放射治疗、三维立体定向精确放疗、立体定向放射外科治疗（俗称X-刀治疗）、适形调强放射治疗（诺力刀治疗）等。数字化直线加速器可产生多档能量的光子束和电子束，可根据临床治疗需要而调节；系统配备全自动内置式微多叶准直器（微多叶光栅）和自动调节的内置式楔形板，可在治疗中根据计划系统预先设计的治疗方案进行动态射束造型和能量调节，从而使照射野和靶区在三维形态和剂量分布上高度适形；三维治疗计划系统可通过网络直接从CT或MRI
等影像设备中获取数字化定位图像，可进行各种图像和组织结构的三维重建和任意剖面显示，可实现高精度的逆向计划设计；自动定位跟踪系统可在治疗中实时跟踪治疗靶区，若出现超出预定值的定位偏差，系统将自动停止出束，自动校准体位后继续治疗；呼吸门控技术的应用最大限度的避免了由于病人的呼吸运动所造成的靶区定位误差，使治疗更加精确，避免过多的健康组织受到不必要的照射；射野及剂量验证系统可在治疗中实时验证射野的形状、位置、剂量，确保治疗的准确性和可靠性。精确数控治疗床三维方向的运动稳定、准确、可靠，保证高精度的治疗，同时也便于治疗摆位和定位；治疗控制系统与治疗计划系统联网，根据治疗计划系统所规划的治疗方案可实现对整个治疗过程的自动控制，双向校验，同步摄像和双向对讲监控；各种安全联锁和保护装置确保病人和操作人员的安全。