放射神经外科专栏
世界华人神经外科协会放射神外专委会主办
第27期
本文题目:Zap-X放射外科治疗系统简介本文作者:白敬民,王金媛,潘隆盛
作者单位:医院神经外科和放射治疗科
医院于年1月引进安装的Zap-X(ZapSurgicalSystemsInc,SanCarlos,California)放射外科治疗系统是亚洲首台、全球第二台该系统，针对颅脑和头颈部病变而设计发明的立体定向放射外科系统，是一种全新的放射外科机器人，为近半个世纪以来第一个具有自屏蔽、同时具备实时图像引导和实时剂量检测的专用于头颈部的立体定向放射外科治疗平台。
工作原理
Zap-X系统是直线加速器和自屏蔽辐射的机械结构组合，为全球首创的具有对建筑物最小屏蔽设计要求的放射治疗设备。其整个外形结构类似于一个大型的陀螺仪，能量为3MVS-band的直线加速器安装在带有两个可移动环形轨道的球形屏蔽结构内，两个圆形轨道之间的角度为45度，可以将患者周围入射范围极大化。Zap-X系统的准直器由带屏蔽罩的可旋转钨轮组成，可以通过钨轮的转动来快速切换准直器尺寸，其旋转轴垂直于射束的中心轴线，最大限度减小射束半影，从而确保快速精确的治疗。患者治疗前，通过Zap-X的治疗计划系统进行患者CT/MRI影像的导入、靶区的勾画以及治疗计划的设计。计划设计时，根据每个患者肿瘤及危及器官的位置进行射束路径的设计，通过调整等中心位置和准直器的组合，结合对靶区及危及器官等剂量参数的逆向优化，实现靶区的精确剂量分布并获得最大限度的剂量跌落梯度。计划确认后会传送到治疗实施系统进行治疗。在放射治疗前Zap-X系统通过2D平面千伏级(kV)X射线成像系统，利用患者骨骼解剖学的X射线图像使治疗靶点置于等中心，在三维(3D)空间中实现患者位置的精确配准，并在治疗过程中实时追踪患者的运动轨迹，精确调整治疗床的位置来补偿患者运动产生的偏移，进而确保靶点始终保持在等中心位置。同时，在治疗过程中使用特制的MV探测器，实现对每个射野的剂量偏差监测，超出误差时机器会自动停止。
发展历程
年初：Zap-X系统由美国斯坦福大学JohnR.Adler教授团队研发；
年9月：获得美国FDA批准(K)；
年2月：世界第一台Zap-X系统安装在美国巴洛神经外科研究所（BarrowNeurologicalInstitute，BNI）；年1月BNI开始治疗首例病人；
年11月：通过我国创新医疗器械特别审批程序；
年1月1日：医院安装亚洲首台、全球第二台Zap-X系统；
年1月8日：完成国内首批患者治疗；
年12月16日：完成全球第例患者的治疗；
与其他立体定向放疗设备相比，其具有独到的技术优势：
Zap-X系统使用三维、小视野、多弧非共面聚焦、集束、单次大剂量照射技术，对病变起到类似手术的放射外科治疗目的，其将3MeV的低能和MU/min的高剂量率完美融合到直线加速器，源轴距（SAD）为45cm，使得辐射泄漏最小化，半影最小化，夹角为45度的双旋转轴设计，能够实现较大的空间治疗区，在提高靶区病变治疗效果的同时进一步降低了周围正常组织的辐射剂量，并且缩短了患者的治疗时间。操作界面简单，集成度高，数据全部集成于服务器，更便于用户的操作。
ZAP-X系统的准直器设计较为特殊，由带屏蔽性能的可旋转钨轮组成，实现8种不同尺寸准直器的快速切换（4.0、5.0、7.5、10.0、12.5、15.0、20.0和25.0mm），其旋转轴垂直于治疗射束的中心轴，使得辐射泄漏最小化。该准直器的特殊设计可使肿瘤边缘能量快速衰减，实现半影最小化，使得更多的辐射剂量到达肿瘤区域，降低肿瘤周围正常组织的辐射受量，使“手术刀”更锋利。根据我们已有测量，在水下最大剂量深度处，25mm准直器的最大半影为1.94mm。
Zap-X系统采用了实时配准和实时剂量监测技术，可以在保证放疗精准度最高的同时避免出现放疗剂量过高或不足的发生，使医生拥有对病变“精准制导、精确打击”的能力，保证治疗精度为亚毫米级，从而更好地保护靶区周围正常组织，减少了放疗副作用产生的可能性，为患者提供了一种无创、安全、有效的治疗手段。Zap-X系统的实时剂量监测是一个单独的剂量监测系统，剂量监测计数以每个治疗束射出患者的吸收剂量为依据，直线加速器实施的剂量需与治疗计划相当，当实施剂量与计划剂量存在显着偏差时，系统将暂停治疗。
Zap-X系统采用了全球首创的自屏蔽结构设计，封闭式外壳由钢、铅、钨等材料组合而成，不需建设防护墙即可达到环保要求，加之外形类似于一个体积较大的陀螺，场地适应能力强，使安装的周边环境在不需增加辐射防护装置的情况下提供有效的防护，大大降低了机房设计建造及安装运营成本，加快了安装周期，缩短科室筹备时间，受益患者群更广。
目前，以医院神经外科医学部潘隆盛主任医师为PI的团队和肿瘤医学部放射治疗科曲宝林主任医师团队，共同开展应用Zap-X放射外科系统治疗国内人群颅脑和头颈部病变的安全性、有效性的注册前临床试验正在进行中，现已完成29例患者的治疗。其中年1月首批治疗的2名患者，均已完成随访，患者临床症状较前减轻，无明显放射反应，磁共振示肿瘤明显缩小。初步研究成果《TheZap-XRadiosurgicalSystemintheTreatmentofIntracranialTumors:ATechnicalCaseReport》（医院潘隆盛、曲宝林、白敬民，DOI：10./neuros/nyaa）已于年1月13日在线发表在《Neurosurgery》杂志。
由于颅脑和头颈部的神经血管丰富等解剖学特点，其病变放疗的精准度要求极高，Zap-X系统可以达到亚毫米级的治疗精度，靶区外的放射剂量陡降，并且可以实时监测照射剂量，以达到靶区精准、剂量精确的放射外科治疗。应用Zap-X系统治疗的2例颅底良性肿瘤患者，早期未出现明显不良反应，影像上可见肿瘤缩小。虽然患者例数少，且随访时间较短，但仍然极大的增加了我们对Zap-X放射外科治疗系统治疗颅脑和头颈部病变的安全性、有效性的信心。
作者简历潘隆盛，主任医师，副教授，硕士研究生导师，培养研究生10余名，主要从事立体定向和功能神经外科，放射外科等方向的研究。年6月在国内率先开展进口X刀的颅内疾病放射外科治疗，取得良好临床效果。近十余年主要开展帕金森病、特发性震颤、肌张力障碍、癫痫、脑瘫、痉挛性斜颈、顽固性中枢神经痛和抽动症、三叉神经痛、面肌痉挛、重度强迫症、重度抑郁症等疾病的功能外科治疗；年开展颅内和脊柱疾病的放射外科治疗（Cyberknife），获得良好的治疗效果。年8月在国内率先引进磁共振引导高能超声聚焦治疗系统（俗称“磁波刀”），开展国内首例特发性震颤“磁波刀”治疗的国际多中心临床研究，目前已经完成2组特发性震颤和帕金森震颤共40例的国际多中心临床实验研究，初步取得良好治疗效果，并已取得国家药监局的注册证，为国内唯一PI提供该系统注册前临床试验数据的单位。年1月引进美国FDA批准上市的全球第二台、亚洲首台ZAP-X放射外科治疗系统，已经开始注册前的临床实验，初步获得良好治疗效果，其初步结果已经发表在“Neurosurgery”上。以第一作者和通讯作者在核心期刊发表论著40余篇，SCI论著10余篇。获军队科技进步一等奖1项，二等奖两项，国家科技进步二等奖一项，副主编专著2部，参编专著8部。为著名神经外科杂志“Neurosurgery”中文版编委，中国抗癌协会脑肿瘤微创综合治疗专业委员会第二届主任委员，医院学会肿瘤放射生物与多模态诊疗专业委员会副主任委员，世界华人神经外科协会放射神经外科专业委员会常委，中国生物医学工程学会精确放疗分会第1~2届常委，国家食品药品监督管理总局医疗器械技术审评专家咨询委员会专家（编号：0155），中国医师协会神经外科分会放射神经外科专家委员会委员（第2-4届），国家卫生部全国医用设备资格考试X(γ)刀医师专业委员会委员，世界疼痛医师协会中国分会第一届委员，中华医学会中华临床医师杂志(电子版)特约编辑。
白敬民，医学硕士，中国人民医院第一医学中心放射治疗科主治医师，专攻方向为中枢神经系统病变的射波刀治疗。目前负责“评价X线立体定向放射外科治疗系统（Zap-X）治疗脑部和头颈部肿瘤病变的安全性和有效性临床试验”的具体工作。
王金媛，医学物理学硕士，清华大学医学物理学专业。中国人民医院第一医学中心放射治疗科物理师，主管技师。担任中国生物医学工程学会精放技术分会放射物理学组青年委员。曾赴美国巴洛神经外科研究所（BarrowNeurologicalInstitute）学习。主要研究方向为肿瘤放疗物理学、医学图像处理及立体定向放射外科。
专栏编委会主编：潘力
主审：王恩敏刘晓民孙时斌
组稿人：苏娜
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