首先，要用CT、磁共振成像或数字减影装置等医学影像设备和立体定向仪等手段，找出病人颅内病灶，并精确定位，明确靶点的范围及大小。然后将影像检查所得数据输入计算机，由三维治疗计划系统处理后，生成病灶及其周围组织结构关系的立体模型图，经过一系列计算定出最佳治疗方案，并确保射线能量集中到靶点上，以免损伤周围的组织。最后，按照拟定的治疗方案放射出γ射线，对病人进行治疗。
由此可见，γ刀不是一个单一的装置，而是以计算机技术为契合点，将原有的医学影像技术、立体定向技术和高能辐射技术融合在一起的一种新型高科技医疗装置。
虽然γ刀名字中有个“刀”，但其最大的特点恰好就是不必动刀而进行治疗，不必开颅手术，不必全身麻醉，不会流血，不伤及正常组织，不产生神经功能障碍，并发症也非常少，住院时间也比较短。这较适于那些身体状况不好，不适合进行开颅手术的患者。
不过，天下没有万能的东西，神奇的γ刀也不是包治百病的神刀。通常，它们只能医治直径小于3厘米，位于功能区、脑干或深部的动脉、静脉畸形等脑血管病变，以及某些神经瘤、脑膜瘤、胶质瘤等恶性肿瘤。
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