X-射线立体定向放射外科治疗系统，是一种应用X-射线（又名X刀）对全身各部位的肿瘤提供治疗计划及高精度的立体定向放射外科治疗。
发展历史
1951年瑞典学者Iars Leksell博士提出立体定向放射外科学说开始；
1954年出现重荷电粒子放射外科系统；
1967年建立了供临床使用的Gamma刀系统；
1982年Colombo等依据Gamma刀原理设计出直线加速器放射外科系统，即X刀；
1986年出现了可供临床使用的X刀；
1992年在美国Bosotn建立第一个X刀治疗中心；
随着科学技术水平的不断成熟，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、荷等国家也相继成立电子直线加速器治疗中心；
我国于1993年安装了第一台X刀立体定向放射外科治疗系统。放射外科在全球内逐步发展，成为可能替代神经外科手术的方法，将从根本意义上改变一些手术学的观念。
组成
1. 设备部分
1) 机器人手臂系统：机器手臂有6轴关节灵活转动，重复定位精度为0.2mm，机械臂可将直线加速器调整到100-125个位置（或节点），每个节点处可以从12个角度投照射线，1500种可能的光束，多种治疗途径。如图1所示。
2) 影像定位系统：包括治疗床左右侧上方天花板上的2部kV级X光射线源及下方的入地式平板非晶硅探测器，加速器治疗前和治疗中，X线球管45°正交对靶区摄影，平板探测器接收影像，计算机对数字重建图像与45°拍摄影像进行比较判断并得出误差，并按误差数值修正治疗床位置，实时指导加速器准确治疗。
3) Synchrony呼吸追踪系统：在影像引导系统的基础上配置了独特的Synchrony系统（即装在天花板上的3部摄像机，摄取与记录患者胸前3个红外发射器随呼吸运动轨迹），治疗时X线机拍摄肿瘤影像，生成肿瘤内运动曲线。靶区定位计算机整合内、外运动数据，建立相关性数学模式，机器手臂按模型运动，动态控制加速器射线治疗受呼吸运动影响的胸腹部肿瘤。
4) 直线加速器：使用一个小型X波段6MV直线加速器，输出剂量率为800MU/min，安装在机械臂上，配有12个圆形准直器，直径为5～60mm。
5) Xchange自动准直器更换系统。
6) AXUM自动病患摆位系统（标准治疗床）：治疗床能实现自动摆位功能，可以进行x、y、z3个方向各10mm（精度0.1mm）平移和（非Synchrony治疗模式）左/右1°、抬头/低头1°、顺/逆时针3°（精度0.1°）等3个旋转角度（非金标追踪模式）的5种运动模式自动调整。如图2所示。
7) 机电配套系统：包含供电系统、冷却系统、机器人控制、脉冲调制器及其控制箱、靶区定位控制子系统以及紧急断电系统等。
2. 系统部分
1) MultiPlan治疗计划系统：可将
CT影像与MRI、DSA、PET-CT影像融合，用于获得精细的骨骼及软组织图像，并进行逆向治疗计划设计。
2) 影像追踪系统：主要由金标追踪系统、六维颅骨追踪系统、X-sight肺部和脊柱追踪系统、Synchrony呼吸同步追踪系统5种追踪模式构成。
3) 蒙特卡罗剂量计算。
4) 四维治疗优化及计划系统：考虑靶区运动的同时考虑周围正常组织及危及器官的运动和变形。
5) 顺序优化：可实现治疗计划“个体化”。结构图如图3所示。
工作原理
采用多个非共面的射线投照弧聚焦于靶点，使低剂量的单束射线在靶点高能聚焦，从而破坏靶组织达到治疗目的。利用CT、MR或DSA确定靶点，计算机重建图像、模拟各照射平面及投照弧，剂量分布情况，制定详尽治疗方案。
技术特点及剂量分布特征
X-刀是通过在直线加速器上采用三级准直系统或特殊限束装置或专用小型高能X-射线机，通过非共面或共面弧形照射或多野集束技术产生高度聚焦的剂量分布区，以达到高剂量集中在靶区，靶区外剂量递减陡峭，靶区周边正常组织剂量小的效果。
适应证
X刀除可治疗颅内肿瘤、动静脉畸形等，尚可用于颅底、颌面及上颈段病灶的治疗，其单次照射靶区可小至直径4mm，大至直径50mm以上。主要适用于以下病症：
1) 颅内、颅底部肿瘤。
2) 脑转移瘤。
3) 颅内动静脉畸形。
4) 术后辅助治疗。
5) 姑息性治疗。
6) 功能神经外科疾病。
7) 全身各部位肿瘤治疗。
禁忌证
大量胸水、腹水、恶液质、并发严重感染，预计治疗不会给患者带来明显好处的；胃癌、贲门癌、结直肠癌(直肠癌术后复发除外)、食管癌、腹腔内肿瘤与肠管有粘连等，这些肿瘤若采用高分次剂量的立体定向放射治疗，容易造成正常腔道器官的放射损伤，如溃疡、出血、狭窄、穿孔等。
优点
X刀的发展很迅速，有逐步取代γ刀的趋势，其优点如下：
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，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，还可用于躯体其他部位，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，避免了诸如γ刀这种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。
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)。
临床应用规范
1. 操作规范
要提高X-刀的精度必须贯穿三精原则(Precise localization，Precise planing，Precise treatment,3P)于治疗全过程。
1) 精确定位：采用有效的体位固定，高清晰CT或CTM/RI图像融合或PET/CT定位，图像必须通过网络直接传送到计划系统。
2) 精确计划：准确确定大体肿瘤区(Gross Tumor Volume，GTV)、临床靶区(Clinical Target Volume，CTV)和危及器官(Organs At Risk)，在确定计划靶区（Planning Target Volume，PTV）时还要充分考虑脏器移动、摆位和机器误差因素。在X-刀治疗时，照射野设计要多采用非共面立体照射方案，利用不同视窗审视2D和3D剂量分布，利用剂量-体积直方图（Dose-Volume Histogram，DVH）评价计划优劣和可行性。X-刀治疗计划的原则是以GTV为主，同时考虑内靶区范围，以完全覆盖靶区的剂量线为处方剂量。X-刀多以80%左右剂量线为处方剂量线。
3) 精确治疗：实施治疗是落实高精度放疗的最后关键环节。为了保证治疗精度，首次治疗时医师和物理师必须参与摆位，及时解决治疗计划中出现的问题和指导技术员准确操作。要注意观察升床高度避免患者与机头的碰撞，在照射过程中严密观察患者有无体位变化和不适反应等。
2. 观察和随访
X-刀通常采用的分次剂量相对较高，治疗疗程相对较短。因此，在治疗期间要严密观察患者的各种反应和体位的重复精度。当出现较重的放疗反应时要及时调整分次剂量或治疗时间，并进行对症处理。当治疗中患者出现消瘦使体位变化较大时必须重新定位。对所治疗患者应严格登记、认真作记录和进行数据库管理，治疗结束后要定期随访，了解治疗效果和放疗反应，以便总结经验，拟定安全、有效的治疗方案。
扩展阅读
[1] 胡孝林, 林光财, 王所亭. 立体定向放射外科系统及其应用[J]. 中国医学影像学杂志, 1996(01): 50-51.
[2] Media M. The CyberKnife® Robotic Radiosurgery System in 2010[J]. Technol Cancer Res Treat.Volume 9, Number 5, October 2010.