是利用立體定向技術進行病變定位，使高能射線(x線或γ線)小野集束聚焦照射靶區，給病變組織單次大劑量照射致病變組織毀損的一種治療技術。由於高劑量集中在靶區，周圍正常組織劑量很小，射線起到類似手術刀的作用，故稱立體定向放射外科。其特點是小野、焦束、大劑量。採用60鈷(60Co)放射源所完成的放射外科俗稱伽瑪刀(γ刀)，採用直線加速器所完成的俗稱X刀(或光子刀)。
1967年世界上第一臺γ刀投入臨牀使用。該機採用立體定向的原理，標定患者顱內靶點的座標位置，179個60Co源，經過準直器使窄條射線束精確地從不同方向對靶點集中照射，在靶區形成焦點。1970年誕生第二代γ刀，採用201個60Co放射源，使其產生球形放射野，周圍劑量遞減分佈更陡，位置誤差減少到0.1mm，且可更換準直器，可採用多個等中心，以治療形狀不整及大小不一的病變。
1984年設計了第三代γ刀，使用CT定位的頭部框架，並配備了電子計算機進行圖像分析，使之更加安全可靠。
1995年，我國深圳在靜態式伽瑪刀的基礎上，設計研製了旋轉式γ刀。該機採用旋轉聚焦的原理，將30個可旋轉照射的60Co源圍繞靶區中心作錐面旋轉聚焦運動。每個單位體積內只受到微量的照射。同時減少了輻射半影，提高了“刀”的鋒利程度。1996年，又在頭部旋轉式伽瑪刀的基礎上開發出適合全身各部位腫瘤定向放射治療的體部伽瑪刀，使伽瑪刀治療從顱內擴展到顱外全身。1998年開始應用了臨牀。
與伽瑪刀相比，X刀出現時間稍晚些。20世紀50年代，出現了直線加速器，受頭部γ刀啓示，20世紀80年代初，法國及阿根廷的科學家開始將腦立體定向手段與直線加速器結合，對顱內靶區進行集中照射，開創了等中心直線加速器的立體定向放射外科，因爲照射使用的是直線加速器產生的X射線，所以又把這種類似伽瑪刀立體定向照射技術稱X刀。
γ刀和X刀有什麼區別?
X刀與γ刀的設計原理及聚焦原理相同，二者之間的主要差異如下：
(1)X刀與γ刀使用放射源不同。X刀使用直線加速器產生的X射線，γ刀使用60Co產生的γ射線。
(2)X刀的治療準確性略低於γ刀。因加速器的機械偏差，X刀射線束的中心區可能發生的偏差爲0.6cm，γ刀的偏差則
