《Mayo Clinical Proceedings》杂志2021 年5月刊载[96(5):1114-1116.]法国、瑞士的 Constantin Tuleasca, Maximilien Vermandel, Nicolas Reyns撰写的述评《立体定向放射外科:从处方物理辐射剂量到生物效应剂量。Stereotactic Radiosurgery: From a Prescribed Physical Radiation Dose Toward Biologically Effective Dose 》（doi: 10.1016/j.mayocp.2021.03.027. ）。

放射外科或立体定向放射外科是由瑞典神经外科医生Lars Leksell在1951年发明的。Leksell将放射外科定义为通过完整的颅骨，将单次的、高剂量的照射传递到一个小的、位置重要的颅内容积（Leksell defined radiosurgery as delivery of a single, high dose of irradiation to a small and critically located intracranial volume through the intact skull）。他最初的努力集中在研发一种非侵袭性的方法，利用辐射而不是传统的手术刀在大脑内制造损伤。1968年，(Elekta AB公司生产的)第一台伽玛刀(GK)设备在斯德哥尔摩出现，使用多个钴60辐射源(目前为192个辐射源)。随着设备的不断改进，从2005年的Perfexion模型开始，GK放射外科变得完全自动化。目前临床应用包括脑良恶性肿瘤、血管畸形、功能性疾病(如面部疼痛[三叉神经痛]、震颤或精神障碍)。治疗适应证已逐步扩大到颅脑和脊柱放射外科。然而，由于物理构造，伽玛刀（GK）放射外科治疗，只解决头颅疾病。

动静脉畸形(AVMs)是指动脉和静脉之间绕过毛细血管系统的异常连接。这导致AVM和静脉引流两方面的内压力升高(称为hyperdebit)，增加血管破裂和随之出血（attendant hemorrhage）的风险。hyperdebit还可引起盗血现象，临床上可表现为癫痫等神经功能障碍。

AVM的治疗包括观察、(直接入路)显微手术切除、(栓塞剂)血管内治疗和(单独或联合使用)放射治疗。上世纪70年代早期，在瑞典的卡罗林斯卡，首次对AVM进行了放射外科治疗。

单次剂量(称为单次疗程/单次分割[single-session/fraction])放射外科对脑组织的确切影响尚未完全阐明。这种效果取决于照射的辐射剂量，治疗体积(命名为靶体积)，以及使用放射外科的潜在适应证。放射外科治疗的放射物理剂量选择需要考虑现有的剂量反应数据，包括期望的终点(血管畸形的消除、肿瘤控制或三叉神经痛的疼痛缓解)以及大脑和周围结构的放射损伤风险。在放射外科中，目前对一些良性肿瘤(前庭神经鞘瘤或脑膜瘤)的处方物理剂量为11至15Gy，对AVM照射的处方物理剂量为20至24Gy，三叉神经痛的处方物理剂量为90Gy，而GK丘脑毁损术治疗震颤的处方物理剂量高达130Gy。在动静脉畸形中，这种物理剂量的传递可导致预期的放射生物学效应，引起进行性闭塞，同时引起异常血管的内皮细胞逐渐增生，进一步产生进行性狭窄和随后的血管闭塞。

放射生物学（Radiobiology ），也称为辐射生物学radiation biology，涉及对生物的电离辐射，特别是辐射对健康的影响的研究。受约束的(controlled)剂量通常用于医学成像和放射技术(放射治疗、放射外科)。目前处方的放射(物理)剂量是在几十年的临床经验中发展起来的。经典的指导（governing）放疗多次分割（multifraction）(多次multisession)治疗的放射生物学原理，并不一定适用于单次分割、高剂量、立体定向放射外科(前者在靶体积外快速剂量下降)。这些原理通常被称为“4R ”:修复、再分布、再氧化和再增殖（repair, repopulation, reoxygenation, and reassortment）[注解：国内常用修复（Repair），再氧化（Reoxygenation），再分布（Redistribution），再增殖（Regeneration））]。

引导放射外科学术团体（the radiosurgery community ）数十年的一个重要方面是物理辐射剂量和AVM闭塞率密切相关。Pollock和Flickinger提出了基于AVM体积、患者年龄、解剖位置等相关因素的AVM分级系统，这是一个重大突破;该分级系统能够预测放射外科后的病灶闭塞。在实践中，物理剂量和(放疗外科前)AVM体积仍然密切相关。事实上，正如Pollock等人之前指出的那样，由于各种原因。放射外科治疗后未能闭塞的AVM可能反映出辐射剂量不足(有时减少以限制大体积或深部AVM的并发症)或靶向不完全(未完整覆盖AVM)。

1989年，生物效应剂量(biologically effective dose ，BED)这个术语是为了解释(design)放射生物学中的细胞存活而创造的。它的目的是定量地指出任何放疗治疗(多次照射)的生物学效应，同时考虑物理剂量和一个新的因素，治疗时间，考虑辐射期间的DNA修复。2012年，Hopewell等人对放射外科(单次/单次分割)是单次剂量暴露的普遍看法提出了质疑。Hopewell等人等人认为，传递的总的物理剂量反映了来自覆盖靶体积的不同数目的等中心点/辐射源(GK为192个)的不同数量的个别较小剂量的附加效应和累积效应（the total physical dose delivered reflected the additional and cumulative effects of a variable number of individual smaller doses from the variable number of isocenters/sources of radiation (192 for the GK) employed to cover a target volume）。

GK放射治疗方案可采用一个等中心点(单等中心平面计划[monoisocentric plan])或多个等中心点(多等中心计划[multi-isocentric plan])来制定。在放射治疗中，等中心点被定义为辐射束的中心射线通过的空间中的一点（an isocenter is defined as a point in the space through which the central rays of the radiation beams pass）。在伽玛刀（GK）中，经典的单等中心计划不仅用于面部疼痛(三叉神经痛)和震颤(丘脑毁损术)，也用于小范围病变(AVMs；肿瘤，特别是脑转移瘤)。在使用GK单等中心计划治疗三叉神经痛时，由于钴60源的辐射衰减(>5.26年)，由于伴随的放射性衰减，“新源”和“旧源”之间的治疗时间可能相差4倍，旧源5年后的放射活性更小。事实上，用旧源提供相同的物理剂量需要更多的时间。Tuleasca等人最近在一大批三叉神经痛患者中对这种单等中心计划计算出一个参数如BED。传统上，物理剂量被认为是能够出现疗效(面部疼痛消失)和预测毒性(感觉迟钝表现)的显著参数。最近，BED被认为是比物理剂量更好的预测因子。此外，对于物理剂量在70至97.9Gy之间的较小变化，BED的范围则大得多，即在1550至2600Gy_2.47之间。例如，在这样的跨度内，在大约1800 Gy_2.47的BED后，感觉迟钝的发生率将从不到5%上升到大约2600 Gy_2.47的BED后的42%。

在多等中心计划中，BED的计算并不像Millar和canney所建议的那样简单。在临床应用中，已经提出了几种方法，包括简化模型。我们最近研究了BED对GK放射外科治疗AVM后闭塞的影响。在大多数情况下，对于一致处方的（uniformly prescribed ）24Gy辐射剂量，BED在106.7和246.8 Gy2.47之间变化。我们发现，较高的BED值更准确地预测闭塞率。

Nesvick和他的合作者在最新一期的《梅奥诊所学报（Mayo Clinic Proceedings）》中对AVM放射外科中的BED效应进行了研究，扩展了Pollock和梅奥诊所放射外科小组之前的研究。Nesvick等人分析了352例接受AVM放射外科治疗(物理剂量介于18 - 20Gy)的患者。作者得出的结论是，要实现较高的闭塞率，需要达到大于133 Gy_2.47的BED界限值。结合我们的研究，Nesvick等人的研究结果为当前对AVMs单次放射外科放射生物学的理解提供了新的见解。正如Nesvick和合作者强调的那样，BED成为一个相关的指标，可以预测放射外科后闭塞的可能性。

关于BED效应的相关考虑是，BED主要是由动物研究得出的。因此，当我们在单次放射外科治疗中推断这些概念时，临床医生和临床专家应该参与进来。此外，放射外科和放射治疗的放射生物学效应是不相同的。因此，对这些模型应予以谨慎的解释。

总之，提高放射外科治疗效果的一个关键目标是确定其理想的放射生物学效应，同时最大限度地减少对非靶向组织的无意损伤影响的风险。Nesvick等人的这项研究代表了Pollocj和他在梅奥诊所的同事们的大量贡献的重要补充，这些贡献显著而稳定地推进了这一领域。