360°旋转机架让质子治疗装置惠及更多肿瘤患者

    对于癌症等重症患者来说，除了手术化疗外，如今还多了一项质子重离子治疗的选择。上海质子重离子医院自开业一年以来，收治了近300例癌症患者。这一数据与《2015中国肿瘤登记年报》显示：我国去年新发癌症患者420万人相比，显得微不足道。据相关报道，台湾长庚医院1台加速器加4个360°旋转机架每天治疗病人量可达100人。立体定向放疗，角度的选择至关重要，发展质子重离子急需配备旋转机架，可望惠及更多癌症患者。在2016年工博会上，由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共同研发的国内首台质子治疗装置360°旋转机架目前已获得成功，3台样机正在调试，这一设备能够高效地控制束流的横向位置、纵向位置的能量分布，以精准地匹配病灶的形状，位置精度达到1毫米以下。

图：质子治疗装置360度旋转机架

    国内质子重离子治疗供不应求，排队久、看病贵、看病难成为不少癌症患者遭遇的困境，于是部分癌症患者只能远赴台湾等地或赴海外就医接受治疗。然而海外就医费用高达几十万上百万，高昂的价格让不少癌症患者望而却步。尽管质子重离子治疗肿瘤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，高昂的装置成本成为质子重离子治疗推广应用的最主要瓶颈。

    质子治疗相比普通放疗贵非常多，原因主要源于建设成本，安装质子及重离子射线的巨大加速器及其他传送发射装置动辄10多亿的成本，还不包括中心基建及后期维护成本。例如，2005年，山东淄博万杰医院首家引进质子治疗系统(只有一个旋转机架)，耗资10多亿元人民币。然而，这套花天价买入的系统，却因高额的维护费(每年600万—1000万元)停止运行了。导致这种局面的主要因素就是这些核心技术都由德国、美国、日本发达国家掌握。

图：质子治疗装置360度旋转机架

    目前，世界上已有更多的质子重离子治疗中心正在建造或者设计中，据权威部门估计，质子治疗装置市场容量有300亿美元以上，年均市场容量超过50亿美金。仲梁维教授透露，由于昂贵的研发制造成本，目前世界上仅有不到50台质子重离子治疗仪，且都由欧美日企业开发，一个机架的成本动辄上数亿元。团队研发的360°旋转机架成本约3000万元，国产化之后将降低一半以上的成本。不仅造价降低，精度提高，还可省去进口设备的高额差价和从国外请专人维护、维修的费用。另外，每年约10%的“保修费”也相应降低一半以上。

    目前许多质子重离子治疗中心只有45°和水平固定束，很多病种照射范围和位置受限，影响治疗效果和效率。“目前很多质子重离子医院都是没有旋转机架的，只有固定的束流的治疗头，治疗的效率、肿瘤的种类、治疗的效果受到了很多限制。配置360度旋转机架，质子治疗的效率、治疗效果都要好很多。这个研究好了，对质子重离子治疗的发展很有好处。”仲教授说。

    仲梁维教授介绍，质子和重离子应用之后，更需要强调立体定向治疗，以精准地匹配病灶的形状，将粒子束按照最优路径准确打到患者的肿瘤位置，减少对健康部位的损害，更有效地杀死癌细泡，这就需要能够360°旋转、等中心点的旋转机架。

    4个旋转机架已经成为质子重离子治疗中心的“标准配置”。对于质子重离子治疗中心而言，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，同样时间内可以治疗的患者数量，约为无旋转机架条件下治疗患者数量的10倍。因而，平均治疗费用也就可以大幅降低。

    此次新研发的治疗设备重达120吨，且仅内径就达5米、高8米，如此庞然大物要实现360°旋转和精确定位十分不易。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利用在航天领域的合作成果和相关的自主技术，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，成功研发质子重离子治疗仪360°旋转机架，位置精度达到1毫米以下,为质子重离子治疗设备小型化、降低成本、更普及推广打下基础，也为“健康中国”的建设提供了科技支撑。