در سال 1950 چندین پروفسور در مؤسسه Gustaf werner و دانشگاه اسکهلم شروع به بررسی ترکیب پروتون با ابزارهای نقشه برداری مغز ( از طریق اتصال فلزات کوچک به مغز ) کردند ولی در نهایت این کار به نتیجه نرسید چون بسیار پیچیده و گران بود وبه جای آن در سال 1967، دانشمندان مقدمات ساخت اولین ابزار جراحی گاما که از کوبالت 60 به عنوان منبع انرژی استفاده می کرد را فراهم کردند.

                                                               
Gamma knife ما را از استفاده دز بالای کانون اشعه برای درمان زخمها و ناهنجاریهای مغز رهایی داد. سلولهای  هدف درزمان عمل کشته می شوند و سپس بوسیله سیستم ایمنی پاکسازی می شوند. درمان نواقص عروق که منجر به تکثیر بیش از حد اندوتلیوم میشوند، منجر به پاکسازی بیش از یک تا دو سال میشود.
 چند لوله متحدالمرکز برای مطابقت اشعه با هدف استفاده شده و حداقل تشعشع به بافت مغز نزدیک هدف می رسد. این یک روش برای  بیماران سرپایی است که هیچ زخم یا احتمال عفونت درطی دسترسی به زخم را ایجاد نمی کند.
تشعشع از 201 منبع جدا که بسوی یک هدف هدایت شده اند می آید. نرم افزار پیچیده ای برای مشخص کردن اندازه موقعیت و شکل ناحیه مورد تابش استفاده میشود و تنها نقطه ای که تجمع 201 منبع به هم می رسند ،اشعه کافی برای اثر روی بافت بیمار وجود دارد و بافتهای اطراف مصون می مانند.                                                                                                                                           

201 منبع کبالت 60 که هر کدام تقریباً 30 کوری اشعه دارند، به شکل دایره در یک شیلد سنگین قرار گرفته اند و در تومورهای مغزی دوزی که بتواند سلولها را منهدم کند تامین می کنند. مثلاً دوز  cGy(rad) 5000 درطی 20 دقیقه میتواند به توموری که قبلاً بوسیله CT اسکن یا MRI تعیین شده است، داده شود.

تشعشعات گاما مثل نور، مادون قرمز یا UV پرتوهای الکترومغناطیس هستند ولی با طول موج کوتاهتر والبته  انرژی بیشتر. آنها پرتوهایی یونساز می باشند؛ زیرا انرژی آنها برای فعل و انفعال با الکترونهای لایه خارجی مواد کافی است و ایجاد واکنش شیمیایی جریان القایی بنیادی می کنند. این واکنش ها اصولاً برای تشعشعات عقیم سازی استفاده می شود. منبع اشعه برای این منظور کبالت 60 است.
کبالت 60
کبالت 60 یک ایزوتوپ کبالت است که از کبالت 59 معمولی بوسیله جریان نوترون دریک راکتور هسته ای قدرتمند تولید میشود. نتیجه این فعالسازی تقریباً 18 تا 24 ماه بعد ایجاد می شود. اتم های کبالت 60 بخاطر نوترونهای اضافی ناپایدارند و بطور خودبه خود به نیکل 60 با نیمه عمر 26/5 سال تجزیه می شوند. دو پرتو گاما در هر تجزیه ساطع می شوند که انرژی 17/1 و   Mev 33/1 دارند و از آنجایی که کبالت 60 در محفظه فولاد خالص قرار دارد، به عنوان منبع انرژی بسته استفاده می شود.

کبالت 60 هرگز نمی تواند در تماس مستقیم با ابزاری که به عنوان هدف درنظر گرفته شده اند قرار گیرد. انرژی منبع برای 20 سال استفاده شده و در نهایت برای تهیه کننده آن فرستاده میشود تا دوباره به مسیر فعالیت برگردانده شود و یا منهدم شود. سرانجام بعد از 150 سال، فعالیت منبع به سطح نرمال خود می رسد. بنابراین مشکل منهدم کردن آن مدت زمان طولانی وجود ندارد.
نخستین فاکتور در انتخاب روش Gamma knife therapy اندازه مطلوب هدف است. درمان زخمهای با قطر بزرگتر از cm 5/3 تنها بوسیله Gamma knife مشکل است، و ممکن است نکروزهای جدی بافت را پس از 6 تا 18 ماه ایجاد کند. اغلب زخمهای بزرگ می توانند با روشی از ترکیب چاقوی گاما و جراحی باز، embolization یا روشهای درمانی دیگر درمان شوند.
وضعیت و موقعیت هایی  باید قبل از اعمال روش   Gamma knife باید در نظر گرفته شوند، مثل وضعیت فشاری ناشی از یک زخم در سر. از وقتیکه نتایج درمان چاقوی گاما مشاهده شده است تاخیر در استفاده از این روش میتواند نتایج تهدید آمیزی را بدنبال داشته باشد.

اکنون این روش در درمان تومورهای خوش خیم و بدخیم مغز و AVM استفاده گسترده دارد.
AVM
Arteriovenous Malformation  نخستین گزینه برای درمان، Gamma knife میباشد و نتایج بی تردید آن در بیماران ازسال 1971 تاکنون مشاهده شده است. درمان AVM با Radiosurgery منجر به تکثیر سلولها دردیواره عروق می شود و به مرور زمان عروق تنگ شده و ترومبوز اتفاق می افتد. نتایج این کار 6 ماه تا 3 سال بعد مشاهده میشود، بعد از 2 سال، 80 تا 90 درصد AVM کاملاً محو شده اند.
 ریسک ناشی از خونریزی درطی روند پاکسازی با گذشت زمان کم می شود. اما همیشه کمتراز %3 است که اتفاقاً کمتر از خطر احتمالی رها شدن AVM بدون درمان است.  وضعیت نا مطلوب محدود به شرایط خونریزی، سکته مغزی، صرع و اختلالات عصبی می شود.
شرایط بالینی درمان AVM با Gamma knife
1- سایز cm 3 یا کمتر با قطع نظر از خونریزی قبلی مغز، صرع، سردرد یا مشکلات عصبی.
2- موقعیت بحرانی در مغز
3- خطر احتمالی به خاطر سن و ناخوشی بیمار
4- بازماندن AVM

Acoustic Neuroma
درمان توده عصب شنوایی با روش   Gamma knife، پیشرفت بیماری را سریعاً متوقف مىکند. هدف عمل رادیوسرژیکال این توده،کاهش یا متوقف کردن رشد تومور حداقل بیشتر از 2 سال است. مطالعات followup در %92 بیماران نتایج 23 ساله این کار را نشان می دهد. این نتیجه وقتی با روش جراحی باز مقایسه می شود اثر بخشی بهتر و هزینه کمتراین روش را نشان می دهد.
مزیت اولیه درمان با Gamma knife، فقط شنوایی تقریباً 50 درصد بیماران است و  عصب صورت در 97 درصد موارد سالم می ماند. جراحان عصب درمواردی که اندازه تومور cm 3 بوده و اثر فشاری روی brainstem ندارد بهترین گزینه را Gamma knife می دانند.
مننژیوما
استفاده از Gamma knife برای متوقف کردن رشد مننژیوما در 85 تا 90 درصد موارد مؤثر است. در موارد زخمهای کوچک و نزدیک پایه مغز، نزدیک ساختارهای حیاتی یا موارد ایجاد مجدد تومور بهترین گزینه درمانی است.

تومورهای متاستازی
پیشرفت مهمی در استفاده Gamma knife برای درمان تومورهای متاستاتیک صورت گرفته است و در یک زمان امکان درمان 4 زخم وجود دارد. در این مورد مهمترین فاکتور تعیین کننده در اقدام با Gamma knife فعالیت عصبی بیمار و امید به زندگی اوست.
تومور غده هیپوفیز
درمان تومور هیپوفیز با Gamma knife بستگی به رضایت بیمار دارد. تومورهای کوچک بدون فشار عصب بینایی می توانند بوسیله ترکیب درمانهای پزشکی مثل  Gamma knife و جراحی باز برای جلوگیری ازرشد تومور یا درمان باقیمانده تومور درمان شوند. باقیماندن تومور مهمترین مشکل بعد از جراحی است؛ بخصوص آنکه  نزدیک سینوس Cavenous می باشند .

 ایده ال ترین روش برای درمان باقیمانده تومور، تومورهای کمتر از mm 5 دستگاه بصری، جلوگیری از رشد تومور قبل از جراحی یا x – ray therapy، سن بالا و شرایط پزشکی که عمل جراحی را جایز نمی داند، Gamma knife می باشد.
مشکلات دیگری از جمله بیماری پارکینسون، مشکلات روان درمانی مثل وسواس، صرع و مشکلات سه قلو قابل درمان است.
سه مدل دستگاه  Gamma knife وجود دارد: مدل u، B  و C.

مدل B در مرکزی در اروپا تولید شد و در سال 1995 برای استفاده به تایید اداره غذا و دارو رسید. واحد C با سیستم خودکار در سال 2000 تولید شد.

اگر چه ظاهر فیزیکی این مدلها متفاوت است، طراحی داخلی آنها تنهااندکی متفاوت است. هر سیستم شامل چند مؤلفه است: واحد تشعشع، کولیماتورهای اختصاصی برای 4 قطر اشعه متفاوت، تخت بیمار، سیستم تخت هیدرولیکی در مدل   U، کنسول کنترل و سیستم کامپیوتری که درمان را طراحی می کند.
هر واحد شامل 18000 کیلوگرم شیلد در برگیرنده 201 منبع کبالت 60 است. هر کانال شامل یک غلاف منبع، یک آلیاژ تنگستن دور کولیماتور و یک کولیماتور اولیه است.چ

 دومین کولیماتور ازطریق یکی از چهار کلاهک کولیماتورهای تنگستن 4، 8، 14 یا
 mm 18 قابل حرکت و باز و بسته شدن با شکاف مدوری برای ایجاد میدانهایی با نقاط کانونی متفاوت استفاده شده است.
حرکت تخت درمان به سمت داخل و خارج واحد تشعشع، و باز کردن در حفاظ که از طریق فشار آب ( هیدرولیکی ) یا سیستم الکتریکی انجام میشود، تنها منابع حرکت درطی این روش هستند.
بسته به اینکه موقعیت ضایعه کجا باشد، CT اسکن، MRI با آنژیوگرافی برای تعیین قطر هدف استفاده می شود.
روش درمان
از شما خواسته می شود که جواهرات خود را قبل از درمان در آورید پس بهتر است اصلاً با خود نیاورید. بهتر است از شب قبل چیزی نخورید و نیاشامید تا معده آرامتری داشته باشید. بهتر است یکی از اقوام یا آشنایان با شما بیاید و تا شروع درمان همراه شما باشد و شما را بعد از عمل به منزل ببرد. در روز درمان باید همه آرایشهای خود را پاک کنید. یک تزریق داخل وریدی جهت جلوگیری از، ازدست دادن آب بدن صورت می گیرد و درضمن درصورت نیاز رگ آماده برای تزریق دارو وجود خواهد داشت
. ممکن است داروهایی به شما جهت آرامش بیشتر بدهند که بعضی از آنها دهان شما را خشک می کند. اگر احساس اضطراب و استرس دارید حتماً به پرسنل بگوئید تا داروی آرام بخش به شما بدهند.
 اگر شما جهت AVM یا مشکل مشابه تحت درمان قرار می گیرید، حتماً در روز درمان یک آنژیوگرافی خواهید شد. قبل از شروع درمان باید موهای زائد صورت را   shave کرده باشید.

درمان Gamma knife شامل چهار فاز اصلی زیر می باشد.
1- تثبیت frame
2-  Imaging
3- طراحی درمان
4-  درمان

Head Frame: قاب سر یک وسیله ای است که اشعه گاما را روی ناحیه مورد نظر متمرکز می کند و یک وسیله حیاتی برای درمان است. این وسیله از آلومینیوم سبک که تنها 3 تا 6 کیلوگرم وزن دارد ساخته شده است و ممکن است کمی داغ شود. این وسیله با مختصات دقیقی که دارد درمان شما را محدود به ناحیه هدف می کند.
قبل از قرار گرفتن frame ممکن است 4 تزریق مختصر در محلهایی که وسیله با سر شما تماس دارد دریافت کنید تا هیچ گونه ناراحتی حس نکنید. دو تزریق در جلوی سر و دو تزریق در پشت سر خواهد بود. تزریقها زیر پوستی و بدون درد می باشند.
درحین جاگذاری قاب هیچ دردی احساس نمی کنید مگر احساس فشار یا سفتی که در عرض 15 دقیقه برطرف خواهد شد. این وسیله بوسیله پیچها و لوله های قابل تنظیم روی سر شما ثابت مىشود و تا پایان درمان Gamma knife باقی خواهد ماند.
تصویربرداری : بعد از قرار دادن مطمئن قاب، شما به محل تصویربرداری منتقل
 می  شوید.

اگر شما یک تومور دارید، MRI یا CT اسکن انجام خواهد شد تا موقعیت ضایعه را در ارتباط با قاب نشان  دهد. بعضی مواقع هر دو MRI و CT اسکن انجام می شود. اگر شما AVM یا اختلالات عروقی دارید باید کاتتری در رگ مورد نظر شما در مغز قرار گیرد و ماده کنتراست داخل کاتتر تزریق شده و اشعه ایکس قادر به نمایش هر چه بهتر موقعیت رگ خونی با قاب خواهد بود.
Planning : دراین مرحله از شما می خواهند به مدت 1 تا 2 ساعت به راحتی روی تخت بخوابید. گروه درمان شما اکنون جهت طراحی کامپیوتری درمان شما تلاش می کنند. آنها تصمیم میگیرند چند ناحیه و با چه دوزی برای هر کدام باید اشعه داده شود و اشعه چگونه تومور را مورد هدف قرار دهد. همه این کارها از طریق کامپیوتر انجام می شود.
درمان : وقتی طرح کلی برای درمان شما با دقت کافی بررسی شد، متخصص اعصاب پیش شما می آید تا با شما صحبت کند. در این مرحله شما به اتاق Gamma knife منتقل می شوید. متخصص فیزیک برای شما توضیح می دهد که چند درمان و به چه مدت دریافت خواهید کرد.

منبع کبالت 60 ، اشعه گاما را با دز ثابت ایجاد می کند و هر درمان بر اساس مدت زمانی که اشعه به هدف می رسد طراحی شده است.
وقتی شما روی تخت دراز می کشید، head frame شما با کلاهکهای مخصوص که برای شما انتخاب شده است تماس پیدا می کند. کلاهک 201 سوراخ دارد. به این معنی که هر کدام بطور جداگانه اشعه تولید می کنند، بدون اینکه به بافتهای سالم آسیب برسانند. هر کلاهک سوراخهایی در اندازه های مختلف برای نواحی مختلف مغز دارد که ساختارهای حیاتی و اعصاب همگی مد نظر قرار گرفته اند. گروه درمان ممکن است کلاهک شما را طی درمان تغییر دهد. بعضی سوراخها ممکن است جهت حفاظت از ناحیه خاصی با چشم ها مسدود شده باشند. در این مرحله گروه درمان جهت مدیریت درمان شما به اتاق دیگری می روند هر چند شما هرگز احساس تنهایی نمی کنید چون می توانید بوسیله میکروفون موجود در کلاهک با پزشک خود صحبت کنید و پرسنل بوسیله دوربینهایی شما را زیر نظر دارند.
تخت درمان ممکن است جهت درمان ناحیه دیگر به سمت پشت حرکت کند که البته قبل از انجام این کار توسط پرسنل و زنگ هشدار به اطلاع شما می رسد. شما صدای ضربه ای می شنوید که کلاهک در منبع کبالت 60 قفل می شود و تشعشع دهی آغاز می شود. درطی درمان شما هیچ چیز احساس نمی کنید و هیچ صدایی نمی شنوید. وقتی درمان تمام شد زنگی به صدا در می آید و تخت به بیرون میرود و شما صدای باز شدن قفل کلاهک را میشنوید.
کل زمان درمان ممکن است 2 تا 4 ساعت طول بکشد که بستگی به اندازه ناحیه مورد درمان و میزان دز مورد نیاز برای درمان دارد. شما باید آمادگی گذراندن بیشتر از این زمان را هم داشته باشید.
بعد از درمان: بلافاصله بعد از درمان قاب از سر شما در آورده می شود. ممکن است مقدار اندکی خونریزی درمحل pinهای قاب وجود داشته باشد که باند و گاز استرلیزه استفاده می شود. تعداد کمی افراد ممکن است سردرد یا حالت تهوع داشته باشند که باید به پرستار یا دکتر بگویید.
دراین زمان شما می توانید هر چیزی بخورید و بیاشامید. اگر آنژیوگرافی شده اید باید به مدت 8 ساعت روی تخت بخوابید که این خودش از سردرد ناشی از آنژیوگرافی جلوگیری می کند.
شما در همان روز یا صبح فردا اجازه رفتن به خانه را دارید که بستگی به روشی دارد که در مورد شما انجام شده است. بعضی بیماران می گویند محل pin  ها، حالت بی حسی یا سوزشی به مدت چند هفته ایجاد می کند این نشانه کاملاً نرمال است و ربطی به تومور شما ندارد.
تعداد کمی ازبیماران موهای خود را در محلی که درمان انجام شده از دست می دهند که البته بعد از چند ماه رشد می کند به هر حال به علت اشعه یا تماسی که با سر داشته ممکن است تورمی در سر ایجاد شود. این اتفاق در اثر آسیبی است که اشعه به بافت تومور
 یا DNA ضایعه وارد مىکند وسلولها توانایی جایگزین کردن و تنظیم مایعات خود را ندارند ایجاد می شود اگر مشکل بیشتر شد به دکتر خود مراجعه کنید.

مزایا
1- این روش تراشیدن موی سر، زشتی و یا سایر علایمی که بعد از عمل معمولی سر ایجاد مىشود ندارد.
2- غیر تهاجمی بودن و عدم نیاز به استفاده از داروی بیهوشی
3- درمان ایده ال تومورهایی که در موقعیت خطرناک واقع هستند ویا درافراد مسن.
4- مناسب برای کودکان بیمار
5- تعیین حجم تومور بصورت کامپیوتر
6- عدم نیاز به بستری شدن بیمار و کاهش 60    – 30 درصد قیمتها.
7- از سر گرفتن فعالیتها در همان روز.