工作原理
伽瑪刀伽瑪射線頭部立體定向放射外科治療系統（簡稱頭部伽瑪刀），是一種融立體定向技術和放射外科技術於一體，以治療顱腦疾病為主的大型設備，具有不開顱、損傷小的優點。該設備價格昂貴，套用技術要求高。
由於放射線在靶區分布的特殊性，周圍組織幾乎不受影響，其靶區壞死邊緣如同刀割，故形象稱之為“伽瑪刀”。伽瑪刀的治療原理類似於放大鏡的聚焦過程。把放大鏡置於陽光下，放大鏡下面會形成一個耀眼奪目的光斑，即焦點。焦點以外的地方，人的感覺如常，但在焦點處卻有很高的熱度，足以使一些物體點燃。當然，要想在人體內聚焦，用太陽光線是不可能，而必須採用具有穿透力的高能射線，如伽瑪射線，同時要讓伽瑪射線聚焦也不像放大鏡聚焦那樣簡單，而要綜合利用核物理、計算機、生物放射、機電等一系列現代技術才能實現。
因此，伽瑪刀是20世紀末現代高科技的產物，作為一種嶄新的無創傷治療手段，它是醫學治療史上的一個革命性突破。由於射線束從各個方向穿越正常組織，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照射，因而正常組織得以保護，靶點以外的正常組織僅受到均勻、微弱劑量照射。只要將焦點對準病變部位，就可以像手術刀一樣準確地一次性摧毀病灶，達到無創傷、無出血、無感染、無痛苦、迅速、安全、可靠的神奇療效。
歷史
1951年，瑞典Leksell教授首先提出了放射外科治療的構想，並設計了第一個放射治療設備。將第一代腦立體定向儀的C形臂上的導向儀與一個中電壓的X射線球管相連線，使發出的X射線沿C形臂軌跡鏇轉，從而使射線匯聚於圓心靶點。第一例治療的病人為三叉神經痛，靶點為三叉神經半月節，病人取得長期止痛的良好效果，不再需要手術治療。在此基礎上，Leksell與物理學家Larsson合作，採用回旋加速器所產生的質子束以及早期的直線加速器作為放射外科的工具，進行了一系列動物實驗和臨床研究，為尋求放射外科的不同治療方式及套用不同放射線開創了良好的開端。
第一台伽瑪刀於1967年研製成功，採用179個Co-60放射源，固定在半球樣的頭盔里，另配有三種可變換的外準直器，使射線束的直徑分別為4、8、14mm。1974年第二台伽馬刀在瑞典Karolinska醫院安裝，1984年第三台在阿根廷的BuenosAries安裝，1985年第四台在英國的Shiffield安裝，後兩台伽瑪刀的放射性鈷源增加到201個。1987年第五台伽瑪刀在美國Pittsburg大學醫學院安裝，增加了直徑18mm的準直器，並且引入計算機系統使不同準直器可以根據治療容積的大小在劑量計畫中綜合套用。此後伽瑪刀日趨完善，並逐步擴展到了世界各地。
目前大多數正在使用的為LeksellB型伽瑪刀，主要由內置鈷源的半球形中央體、外準直器、治療床、控制台和劑量計畫系統構成。201個鈷源分布於中央體內，呈半截球形，每個源體長20mm，直徑1mm。其又稱鈷針，初裝時活度為30Ci，總計約6000Ci。用18mm的外準直器在16cm的聚苯乙烯體模中心測量，其吸收劑量率為3Gy/min。因為60Co的半衰期為5.27年，經5~7年的使用後應更換鈷源，以保證治療劑量率，節省治療時間。1999年LeksellC型伽瑪刀誕生，將劑量計畫的進步與機器人技術結合到了一起，主要特徵包括:自動定位系統(APS)、頭盔交換機、頭盔運轉車、坐標顯微操作器，以及彩色編碼的準直器和塞子。重大的突破在於省去了多等中心劑量計畫中人工調整坐標的操作，自動定位系統會根據計算機建立的劑量計畫中的靶點坐標，自動調整患者頭部，移到相應坐標位置。第一台C型伽瑪刀於2000年安裝在美國Pittsburg大學。
1994年7月在中國深圳誕生了世界上第一台鏇轉式伽瑪刀，使用了30個60Co放射源，裝載在半球形的頭盔中。其第二級準直器是一同軸半球形頭盔，有6組孔，每組5個孔，孔的排列形式與放射源一致，通過調整準直器的某一組孔與放射源的對正位置可以形成直徑分別為4、8、14、18mm的射線束。非治療狀態時，其可以使放射源對正在禁止位置以減少放射污染，治療時放射源和準直器一同鏇轉，在靶點形成一個鏇轉聚焦的高劑量區。
主要優點
1高度自動化，無需人工更換外準直器;
2採用鏇轉聚焦的手段，使射線在靶區外的正常組織中分布更均勻，降低了正常組織的損傷;
3在準直器上增加了禁止棒，進一步降低了輻射泄露;
4鈷源數量減少，降低了安裝及換源的費用。
治療過程
頭部伽瑪刀治療時先用立體定位系統對病灶進行定位。立體定位系統是一個特製的坐標系，患者在立體定位系統相對固定後，通過CT、MRI對病灶進行斷層掃描顯示出病灶與坐標系各參照點的相對位置。定位後，治療計畫系統自動對CT、MRI掃描的圖像進行處理，重建顱骨、病灶及其周圍組織的三維形態，並依據醫生給予的處方劑量進行治療計畫的設計，計算出治療需要的靶點數、靶點坐標、照射時間和每個靶點使用的準直器號等。在接受到治療計畫系統的有關參數後，電氣控制系統依次將各靶點送到焦點，並打開相應的準直器進行定量的照射。
主要治療過程包括:
1患者頭部固定立體定位框架;
2影像學掃描(CT或MRI);
3制訂治療計畫和確定處方劑量;
4實施治療;
5卸掉立體定位框架。全部過程大約需要2~4h。
治療優勢
伽瑪刀治療腫瘤優勢非常明顯，具體來說，有以下特點:
(1)治療簡便:大約需要幾分鐘到幾十分鐘。
(2)方便安全:患者不脫髮，無嚴重不良反應，手術後不用輸血、用藥，不受飲食和活動限制，一般不用住院。
(3)精確:治療全過程均由計算機控制，可靠，療效確切、精確、安全，正常組織無損傷。
(4)無明顯手術禁忌症:高血壓病、身體狀況及心臟病、治療過程不受年齡、糖尿病和肺炎等並存病的影響，無手術禁忌症，尤其適合於不能耐受手術或麻醉者，對多發轉移灶可一次性治療。
(5)不需麻醉:不需要特殊手術前準備、用藥、無創傷、不出血，手術在清醒、無痛情況下進行。
保證伽馬刀能夠準確、有效治療腫瘤的前提是伽馬刀焦點的精度、焦點劑量率和焦點的絕對劑量以及參考點的相對劑量，這些參數是保證治療病人的基本前提。對各種機械、核物理、劑量、計畫系統等參數進行了反覆測量驗證，並結合實際患者進行了治療參數的測定和驗證後，才套用於臨床。
