国内首台质子治疗装置360度旋转机架面世 成精准治疗肿瘤利器

    质子治疗被全世界公认为疗效最好、副作用最少的治疗方法。但是，技术难度大、装置成本高，限制了质子重离子治疗的推广和应用，造成“看病难、看病贵”的困扰。其中，旋转机架已成为当前质子重离子治疗装置开发中的最主要瓶颈，也是“1个加速器+4个旋转机架”中成本最高的环节。上海庆强实业有限公司、上海理工大学、中国航天科工集团上海浦东开发中心研发的国内首台自主研发的质子治疗装置的核心部件之一质子治疗装置360度旋转机架面世，这将推动质子治疗装置的生产全面实现国产化。国产化后的质子治疗装置体积将更小、性价比将更高、可惠及更多的肿瘤患者，真正造福于民。

    质子重离子治疗肿瘤疗效最好、副作用最少

    在人类“夺命杀手榜”上，肿瘤已成为危害人类生命的最强杀手之一。手术、化疗、放疗是治疗癌症的三大手段，质子重离子放射治疗就是其中最有力的武器。很多医学从业者认为质子重离子治疗是治疗肿瘤最安全和最有效的方法之一。

    传统的电子、X射线等放疗，各种大小化疗都不可避免地在消灭癌细胞的同时，也杀死正常细胞，因而会带来一系列的副作用，对身体正常组织有一定的损害的，甚至会有病人抗不住这些副作用而使治疗失败。据介绍，质子重离子治疗癌症的原理为：质子或碳离子经由同步加速器加速至约70%的光速时被引出射入人体，在达到病灶后，射线会瞬间释放大量的能量(“布拉格峰”的能量释放轨迹)，对癌细胞进行“立体定向爆破”，不伤害或极少伤害肿瘤前的正常细胞组织，而肿瘤后面的正常细胞组织则不会有任何伤害。

    质子治疗的适应症比较广泛，对于脑部良恶性肿瘤、脊髓肿瘤、脑血管疾病、头颈部肿瘤、眼部病变、胸腹部肿瘤、儿科肿瘤以及其他疾病等均有较好的疗效。1954年，美国加州大学的科研人员便进行了世界上第一例质子治疗。几十年后的今天，美国每年有上万人接受质子治疗。国外临床治疗数据表明，质子治疗肿瘤有效率达到95%以上，五年存活率高达85%以上。

    高质量、低成本的360度旋转机架成质子重离子治疗推广“拦路虎”

    由于质子重离子治疗独特的物理学和生物学优势，质子重离子治疗正成为世界各国肿瘤治疗和研发的前沿阵地。据不完全统计，全球范围内至少已有65台质子重离子治疗装置正在运行，而且至少有34台质子重离子治疗装置正在建设或准备建设中。据不完全统计，截止到2016年3月中国大陆及港澳台拟投资质子重离子项目的医院名单就有57家。

    近日，中国政府网发布了《国务院办公厅关于促进医药产业健康发展的指导意见》全文，其中“质子/重离子肿瘤治疗”被写入了“加快医疗器械转型升级”的章节。科技部日前发布“精准医学研究”重点专项2016年度申报指南中，就包括了质子、重离子和光子的精准放疗相关研究项目。今年美国白宫发布新闻，宣布要大力发展质子治疗，将透过国家癌症研究院及能源部的合作，让质子治疗设备能更小、更便宜、更普及。这些信息都透露出质子重离子治疗将成为未来放射治疗肿瘤的主要趋势。

    尽管质子重离子治疗有其独特的物理学和生物学优势，但体积庞大、技术难度高且价格不菲，高昂的成本成为质子重离子治疗推广应用的最主要瓶颈。在业内人士看来，质子重离子治疗装置结构复杂，跨行业多，除旋转机架外的其他部件开发相对成熟，目前质子重离子治疗装置的“1+4”常规配置已使旋转机架成本超过加速器成本。所以，高质量、低成本的旋转机架是质子重离子治疗推广应用的关键。

    目前质子重离子治疗只能一个方向照射，为进一步减少这部分伤害，所以治疗时要从若干个不同方向(如把总剂量分成多个辐射方向)轰击肿瘤，从而使得正常细胞组织受到的剂量大幅度降低。旋转机架的作用正是如此：支撑粒子束流从不同的角度照射至病灶，对肿瘤实行“立体定向爆破”。

    4个旋转机架已经成为质子重离子治疗装置的“标准配置”。对于质子重离子治疗装置`而言，拥有高质量的旋转机架(能够将粒子束从多个放射方向输送到靶的旋转束输送系统)后，同样时间段内可以治疗的患者数量，可能会为无旋转机架条件下治疗患者数量的10倍以上。因而，平均治疗费用也就可以大幅度降低。以中国台湾的长庚医院质子治疗装置为例，因其配有四个旋转机架，每天可以治疗近百名患者，目前上海质子重离子医院的粒子治疗设备在没有配旋转机架的情况下，每年治疗的患者人数约为300人。

    自主研发360度旋转机架助力精准治疗

    目前国内还没有360度的旋转机架，世界上成功应用的旋转机架，其旋转结构主要采用多个承重圆柱来支撑旋转机架的后环来实现旋转。由于后环表面和圆柱筒表面都要承受很大的压力和摩擦力，因此这两个接触表面只能采用裸露的钢导轨面，为防止生锈，整个治疗室就必须保持高要求的湿度，维护成本很高。

图：质子治疗装置360度旋转机架

    360°的旋转机架包含束流输运磁铁和治疗头，体积庞大，总质量超过百吨。为保证“精准治疗”的精度要求，对旋转精度要求极高，同时需具备较高的稳定性，技术难度相当大，就是这些要求，使质子重离子治疗用的旋转机架成本居高不下。

    上海庆强实业有限公司、上海理工大学、中国航天科工集团上海浦东开发中心积极贯彻落实军民融合发展战略，自主研发成功高精度、高稳定性、高性价比的质子治疗装置360°旋转机架，位置精度达到了<1mm，破解了质子重离子束用于实体瘤的精准治疗的核心技术和工程难题，为“健康中国”的建设提供了科技支撑。

    据上海庆强实业有限公司董事长华庆强介绍，庆强实业研发的质子治疗装置360°旋转机架实现了当前最高的精度，“等中心”精度比国外“采用多个承重圆柱来支撑旋转机架的后环来实现旋转”的要高出十倍，“角度定位精度”要高出百倍，精准度误差不超过2根头发丝的宽度;采用独有的“全环抱式封闭导轨”结构，没有裸露的钢导轨面，表面不生锈，整个治疗室也不用保持高要求的湿度，避免了国际上现有的“采用多个承重圆柱来支撑旋转机架的后环来实现旋转”方案的局限性，达到了制造成本及维护成本的双降低。

    为了保证能开发成功高质量低成本的质子重离子旋转机架，庆强实业有限公司技术团队利用了其2010年设计，在2014年研制成功并正式投入使用的国内第一台“超大超精密圆筒旋转类机架智能制造单元”(集“增料加工”、“减料加工”和“热处理”等大件所有加工功能于一身的工作母机)，这是目前国际上及国内均未出现的世界上唯一设备，具有国际先进水平。

    业内人士点评，庆强实业有限公司研发的质子治疗装置360°旋转机架为质子治疗设备能更小、更轻、更经济，和普及推广打下了坚实基础，成为国内该领域中的领头羊。