伽瑪刀並不是真正的手術刀，而是一種非常先進的放射治療裝置，其全稱是：伽瑪射線立體定向治療系統。它將許多束窄束的伽瑪射線從不同的角度和方向照射過人體，並使它們都在一點上匯聚起來形成焦點。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班即焦點。
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。接受伽瑪刀治療時，首先要用立體定位系統對病灶進行診斷定位，立體定位系統是一個特製的座標系，病人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可顯示出病灶與座標系各參考點的相對位置。
診斷定位後，治療計劃系統自動對CT/MRI掃描圖片進行處理，計算機重建體表、病灶和其周圍敏感組織的三維形態，並依據醫生開據的處方劑量進行治療規劃，計算出治療所需靶點數、靶點座標、每個靶點使用的準直器號和照射時間等。在接受到治療計劃系統的有關資料後，電氣控制系統控制治療床依次將各靶點送到焦點，並開啟相應的準直器進行定量的輻照，達到治療腫瘤的目的。
頭部伽瑪刀的治療範圍
1、腦血管疾病：顱內動靜脈畸形、顱內動靜脈瘤，海綿狀血管瘤。
2、顱內腫瘤：聽神經瘤、腦膜瘤、垂體腺瘤、松果體區腫瘤、顱咽管瘤、腦幹腫瘤、胚胎瘤、腦轉移瘤、腦膠質瘤、脊索瘤 等，尤其是位於功能密集區、手術危險性較大的腫瘤。
3、鼻咽癌：眼黑色素瘤及其它眼部良惡性腫瘤。
4、功能性神經疾病：頑固性疼痛、帕金森氏病、癲癇、原發性三叉神經痛等。
5、一些常規開顱手術未曾切除乾淨的術後殘留。
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