伽玛刀立体定向放射治疗的适应症主要是包括：肺功能性神经外科疾病、功能性神经外科疾病、颅外肿瘤。
非功能性神经外科疾病治疗：
(一)颅内良性肿瘤脑膜瘤：手术是主要的治疗方法，对于手术风险大，术后有明显的残留者，可以进行伽玛刀立体定向放射治疗。
垂体瘤和颅咽管瘤治疗：伽玛刀立体定向放射治疗为辅助治疗模式。
听神经瘤治疗：对于肿瘤直径小于25mm的患者更加有优越性。疗后听神经及颜面神经损伤率均低于手术治疗方法。
(二)颅内恶性肿瘤脑转移瘤：根据患者的全身情况，从改善患者的生活质量，延长生存期以及避免无需要的消费等方面综合考虑适应症，一般是A：转移瘤直径小于3—4cm，数目小于3—4个;B：KPS评分大于50分;C：预计生存期大于3个月;D：没有严重的颅内高压者。
脑转移瘤患者不治疗的中位生存期仅为1—3个月，采用普通全脑放疗为3—6个月，采用伽玛刀立体定向放射治疗的9—12个月。
胶质瘤：伽玛刀立体定向放射治疗是手术及放疗的重要补充。可用于“清洗”手术后切除后的“瘤床”即肿瘤残存边缘。
(三)颅内血管疾病动静脉畸形：与手术、栓塞配合，明显提高治愈率。2年完全闭合率达70%—80%。
海绵状血管瘤：目前对其治疗尚有争议。
颈静脉球瘤：仅有少数病例报道。
功能性神经外科疾病：
(一)三叉神经痛：很多学者报道取得较好的近阶段放疗。
(二)帕金森氏病：对于长期服用药物仍进行性发展者，采用伽玛刀立体定向放射治疗帕金森氏病造成的震颤，有效率达80%—90%。
(三)癫痫：仅有少数病例报道。
(四)颅外肿瘤鼻咽癌：放射治疗为主要治疗手段，对于放疗后仍有残留者，可辅以伽玛刀立体定向放射治疗。
(五)眼球脉络膜黑色素瘤：伽玛刀对于肿瘤直径小于10mm者疗效较好。
(六)体部肿瘤：伽玛刀对有明确病灶的晚期肿瘤病者有一定的姑息治疗作用，比如不能手术的肺癌、肝癌、胰腺癌等。
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