醫(yī)用重離子加速器的核心系統(tǒng)同步加速器。 　　中國科學(xué)院近代物理研究所供圖

　　2020年3月，我國首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)醫(yī)用重離子加速器裝置——碳離子治療系統(tǒng)在甘肅武威重離子中心投入臨床應(yīng)用。截至目前，碳離子治療系統(tǒng)已治療各類腫瘤患者近1200例。

　　碳離子治療系統(tǒng)的核心——醫(yī)用重離子加速器，脫胎于中國科學(xué)院近代物理研究所（以下簡稱“近代物理所”）建造的大科學(xué)裝置——蘭州重離子研究裝置。從基礎(chǔ)研究走向臨床應(yīng)用，由科研重器變身醫(yī)療器械，碳離子治療系統(tǒng)凝聚了科研人員30多年的心血，打破了大型高端放療市場被國外產(chǎn)品壟斷的局面。

　　把基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于臨床治療

　　射線能夠以波或者粒子的形式穿過空間或物質(zhì)釋放能量。人類運(yùn)用放射性元素和同位素治療腫瘤的歷史已有100多年，包括伽馬射線和X射線的光子放療、質(zhì)子束的質(zhì)子放療和碳離子束的重離子放療。

　　重離子，是指原子序數(shù)大于2的原子失去部分或全部電子后形成的帶電粒子。重離子束擁有獨(dú)特的物理和生物學(xué)特性，被認(rèn)為是理想的放療用射線。

　　“重離子射線具有獨(dú)特的深度劑量分布，在穿越生物組織的過程中，重離子束沉積的劑量較小，主要在其射程的末端形成一個(gè)劑量高峰，科學(xué)界稱之為‘布拉格峰’?！苯锢硭彼L楊建成說，“根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，我們可以通過調(diào)節(jié)重離子的能量，讓‘布拉格峰’剛好落在腫瘤的位置，在保護(hù)正常組織和關(guān)鍵器官的同時(shí)精準(zhǔn)殺滅腫瘤細(xì)胞。”

　　近代物理所在重離子領(lǐng)域有著60多年的技術(shù)積淀。依托雄厚的基礎(chǔ)研究支撐和原創(chuàng)成果積累，1993年起，近代物理所的科研人員將目光投向重離子治療癌癥，把基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于臨床治療。

　　1995年6月，重離子治癌技術(shù)研究項(xiàng)目“核醫(yī)學(xué)和放射治療中先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)研究”獲得國家攀登計(jì)劃B資助。近代物理所開始全面開展放射生物學(xué)、醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究以及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

　　如何根據(jù)腫瘤深度與大小精確匹配能量和束流？科研人員經(jīng)過攻關(guān)，創(chuàng)造出了人為控制重離子束能量和束流形狀的方法——立體劑量球。

　　哪種重離子治療效果最好？科研人員選擇動(dòng)物腫瘤細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)對象，并在蘭州大學(xué)生物系的支持和配合下，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，最終選擇了碳離子……

　　在攻克了一系列關(guān)鍵技術(shù)、解決安全性問題后，2006年3月1日，我國第一個(gè)淺層腫瘤重離子治療裝置通過專家組的鑒定驗(yàn)收。

　　接下來，近代物理所的科研團(tuán)隊(duì)與醫(yī)院緊密合作，開展前期臨床試驗(yàn)研究。

　　“當(dāng)年11月，我們首次利用重離子治療技術(shù)對4例淺表腫瘤患者進(jìn)行了前期臨床試驗(yàn)研究。”近代物理所生物醫(yī)學(xué)中心主任李強(qiáng)說，之后又對27名不同類型淺表腫瘤患者進(jìn)行了治療。

　　從2006年至2009年，科研團(tuán)隊(duì)共進(jìn)行了103例淺表腫瘤臨床前期試驗(yàn)研究。

　　2008年7月，蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)通過國家驗(yàn)收，解決了高能離子束“哪里來”的問題。2009年，科研人員決定利用其提供的高能碳離子開展深部腫瘤前期臨床試驗(yàn)研究。此后4年里，共有110位深部腫瘤患者參與了前期臨床試驗(yàn)。

　　經(jīng)過大量的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和前期臨床試驗(yàn)，近代物理所科研團(tuán)隊(duì)摸清了碳離子束流殺傷腫瘤細(xì)胞的基本原理，掌握了建設(shè)醫(yī)用重離子加速器的關(guān)鍵核心技術(shù)，為重離子治癌奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　造一臺(tái)真正的醫(yī)用重離子加速器

　　4月的武威重離子中心，湖光樓影，草青樹綠。12年前，這里還是一片戈壁。

　　在2011年舉辦的第十七屆中國蘭州投資貿(mào)易洽談會(huì)上，武威看中了近代物理所的醫(yī)用重離子加速器治療腫瘤的技術(shù)和設(shè)備。2012年5月2日，武威重離子中心開工建設(shè)。

　　然而，作為我國首臺(tái)國產(chǎn)重離子治療裝置，研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化團(tuán)隊(duì)遇到了一系列的難題。

　　要將體積龐大的醫(yī)用重離子加速器用于臨床治療，需要通過技術(shù)創(chuàng)新，使其周長更短、結(jié)構(gòu)更緊湊。

　　為什么加速器周長要做得更短？楊建成解釋道，醫(yī)用重離子加速器的設(shè)計(jì)，不僅要考慮安全性和可靠性，還要考慮成本和可推廣性。周長越小建造成本越少，治療費(fèi)用才會(huì)隨之降低，讓更多的癌癥患者用得起。

　　為此，楊建成和團(tuán)隊(duì)成員每天只休息不到5個(gè)小時(shí)。經(jīng)過數(shù)月攻關(guān)，他們終于拿出了一套自主設(shè)計(jì)的方案。

　　“我們的方案采用回旋注入與同步主加速相結(jié)合，這種獨(dú)特設(shè)計(jì)不僅突破了國外同類產(chǎn)品的技術(shù)壁壘，而且做出了周長僅為56米的同步加速器?！睏罱ǔ烧f，同一級(jí)別醫(yī)用加速器的周長，歐洲是75米、日本為62米。

　　科研和醫(yī)療各有側(cè)重，要造出一臺(tái)真正的高可靠性醫(yī)用重離子加速器，除了通過創(chuàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)高性能指標(biāo)，還需要高標(biāo)準(zhǔn)的工藝質(zhì)量。

　　以磁場精度為例，離子在加速器中一秒跑幾百萬圈，如果精度不符合要求，離子束跑幾百萬圈之后將“脫靶”。

　　楊建成告訴記者，他們反復(fù)對部件進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，用了將近200天才達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)精度，實(shí)現(xiàn)了“指哪打哪”。

　　同時(shí)，科研團(tuán)隊(duì)和重離子中心的醫(yī)生團(tuán)結(jié)協(xié)作，自創(chuàng)了“三級(jí)衰變涼水塔回用”技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了放射性污水零排放，解決了次生沙漠地帶接地電阻嚴(yán)重超標(biāo)等問題。

　　歷時(shí)3年，武威醫(yī)用重離子加速器終于調(diào)試成功。

　　“該裝置95%以上的零部件設(shè)備實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)，與進(jìn)口設(shè)備相比，建設(shè)成本只有其1/3至1/2，重量和體積更小，穩(wěn)定性更高，維護(hù)費(fèi)用更低?！睏罱ǔ汕宄赜浀?，那天是2015年11月17日，平時(shí)不喜歡拍照的他用鏡頭定格了這一時(shí)刻。

　　我國對醫(yī)療器械的資格審批、規(guī)范制定、追溯流程都十分嚴(yán)格。作為大型醫(yī)療設(shè)備，醫(yī)用重離子加速器須獲得國家藥品監(jiān)督管理部門的醫(yī)療器械注冊證，才能正式投入臨床治療。此前，醫(yī)用重離子加速器在國內(nèi)尚未有統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢測方案。

　　“從樣機(jī)調(diào)試、設(shè)備檢測到臨床試驗(yàn)和審批注冊，所有檢測項(xiàng)目加起來超過5000個(gè)，每一個(gè)都是摸著石頭過河?！睏罱ǔ烧f，“為確保萬無一失，我們邀請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥匍_了數(shù)十次討論會(huì)研究制定了碳離子治療的指導(dǎo)原則?！?/P>

　　2019年9月29日，我國首臺(tái)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)醫(yī)用重離子加速器裝置——碳離子治療系統(tǒng)終于獲批第三類醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊，并于2020年3月26日投入臨床應(yīng)用，由甘肅省武威腫瘤醫(yī)院負(fù)責(zé)臨床運(yùn)營。自此，我國成為全球第四個(gè)擁有自主研發(fā)重離子治療系統(tǒng)和臨床應(yīng)用能力的國家。

　　多方協(xié)作助推碳離子治療系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化

　　武威重離子中心碳離子治療系統(tǒng)包括中央控制室、物理計(jì)劃室、中控大廳、配電室及電源間，配備4個(gè)治療室。

　　“根據(jù)患者病種的不同，重離子治療的時(shí)間和次數(shù)也不同?！备拭C省武威腫瘤醫(yī)院副院長張雁山介紹，與進(jìn)口設(shè)備相比，國產(chǎn)重離子治療設(shè)備技術(shù)先進(jìn)、維護(hù)費(fèi)用低、性價(jià)比高，還能提供持續(xù)的技術(shù)升級(jí)服務(wù)。

　　為了讓碳離子治療系統(tǒng)能為更多患者服務(wù)，2023年，近代物理所、蘭州大學(xué)、金川集團(tuán)精密銅材有限公司等單位成立甘肅省離子放射治療技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)合體，合力攻關(guān)制約碳離子治療系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題。

　　“4N5”高純無氧銅板材，是國產(chǎn)醫(yī)用重離子加速器的關(guān)鍵材料，長期依靠進(jìn)口。如何使其實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，成為碳離子治療系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化首先要解決的難題。

　　“經(jīng)過努力攻關(guān)，我們完成了樣件試制，化學(xué)成分、力學(xué)性能、導(dǎo)電率均滿足要求?！苯鸫瘓F(tuán)精密銅材有限公司副總經(jīng)理王艷風(fēng)介紹，首批7噸高純無氧銅板材已于2023年10月實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

　　“國產(chǎn)替代進(jìn)口，‘4N5’高純無氧銅板材的供貨周期從1年縮至4個(gè)多月，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)用重離子加速器的建造材料百分之百國產(chǎn)化，使用將更安全、運(yùn)維費(fèi)用將更低?！碧m州科近泰基新技術(shù)有限責(zé)任公司副總經(jīng)理?xiàng)钗慕苷f。

　　坐落于蘭州新區(qū)的蘭州科近泰基新技術(shù)有限責(zé)任公司，擁有醫(yī)用重離子加速器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試、運(yùn)維資質(zhì)和能力。步入生產(chǎn)車間，幾名技術(shù)工人正在對一臺(tái)巨大的醫(yī)用重離子加速器做最后的模擬安裝。

　　“這是國內(nèi)第六臺(tái)醫(yī)用重離子加速器，試裝完成后，將發(fā)往吉林長春?！睏钗慕芙榻B。

　　“未來的目標(biāo)，是將醫(yī)用重離子加速器縮小到一個(gè)幾百平方米的房間內(nèi)。”楊建成說，當(dāng)前的醫(yī)用重離子加速器仍重達(dá)千噸，占地面積超過4000平方米。正在加緊研發(fā)的2.0版醫(yī)用重離子加速器，占地面積只有1.0版的1/3，耗電量將減少到1.0版的1/4，讓醫(yī)院投入更少、患者負(fù)擔(dān)更輕。

　　《 人民日報(bào) 》（ 2024年04月29日 19 版）

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