作者:陆琦 来源:中国科学报 发布时间:2016/6/27 10:06:54
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首台国产医用超导回旋加速器将落户天津
让质子治癌“更准点儿”

 

■本报记者 陆琦

6月23日一大早,中国原子能科学研究院串列加速器升级工程部总经理张天爵并未像往常一样去实验室,而是赶到三里河与天津市肿瘤医院的专家开会。

我国首台自主研制的超导回旋加速器将落户天津——天津滨海新区政府与中核集团、天津市肿瘤医院近日签署合作协议,共同建设中核滨海质子治疗示范中心。作为该超导回旋加速器的总设计师,张天爵需要在开始建筑设计前提出一系列技术要求。

既先进又昂贵的治癌技术

“从10MeV(兆电子伏)到100MeV,我们的加速器一直都是为基础研究和国防应用服务的。没想到,做着做着,做到医疗领域了。”原子能院串列加速器升级工程部副总经理孙阳告诉《中国科学报》记者,其实他们在做100MeV紧凑型强流质子回旋加速器时,就有这个想法了。

质子治疗被认为是世界上最先进但也十分昂贵的肿瘤放射治疗技术。

“质子治癌确实有一定的优势,它更精准。”天津市肿瘤医院院长王平介绍说,不同于传统的电子、X射线等放疗,质子治疗通过将大量能量释放于肿瘤病灶破坏癌细胞,乃至消除肿瘤,对周边正常细胞的伤害和副作用都较小。

正因认识到质子治疗的重要性,2009年还忙于串列加速器升级工程的张天爵在经费有限的情况下,开始带领团队做一些概念性设计。

也就在这一年,上海复旦大学附属肿瘤医院用2.2亿美元从德国西门子公司进口了一台质子/碳离子实验型治疗系统。不过,由于是国外的技术装备,医院每年还要向西门子额外支付1亿元的技术支持费用。

“对于这种复杂而先进的大型医疗设备,单靠引进难以掌握设备的核心技术,难以培养自己的技术人才,难以有效控制治疗费用。”张天爵直言。

王平也有相同的看法。他表示,必须在进口的同时积极进行自主研制,在建造的过程中积累技术、培养人才,才能打破垄断,才能发挥出质子治疗系统的最佳效果。

自主研发是降低费用关键

“降低费用的关键是实现核心技术的自主研发。”这次,张天爵的目标是230MeV医用质子回旋加速器。

张天爵介绍说,他们通过超导技术把紧凑型回旋加速器做得更加小型化,以便更适合在医院安装使用。

螺旋磁极是230MeV医用质子回旋加速器最核心的部件。“这台加速器的能量非常高,不做成螺旋型的话,聚焦力不够。”张天爵说,“正因为更紧凑、圈间距小、磁场精度要求高,所以技术难度也更大。”

目前,磁铁材料冶炼已过关,主磁铁正在加工中。

在张天爵看来,建造回旋加速器是一件既巨大又很精细的活儿。

他举例说,一个超导线圈好几吨,却要用一根10微米直径的细丝切割成薄片,然后拿显微镜检测线圈横截面的微观结构。因为即便是很小的一个内部缺陷,也可能导致失超。

他们做了7次试验,第7个比例试验超导线圈终于绕制成功了。如今,正品已制造完成。

精细还体现在高频高稳定度的控制技术。高频系统是给加速器提供动力的。国外同类加速器用一台高频机驱动四个高频腔,但为了获得更好的对称性,张天爵改用两台高频机来驱动。一推一拉的协调性,需要在10-6秒内调控平衡。

要实现精准治疗,质子射线就必须像支铅笔一样涂描肿瘤病灶。经过预先精确的计算设定,质子射线在到达肿瘤病灶前,射线能量释放不多,对正常组织影响较小;到达病灶后,则在瞬间释放大量能量杀灭肿瘤细胞。

“该加速器可以加速、提供连续的质子束,扫描治疗一个病人大约只需要5分钟。这将大大提高治疗效率。”张天爵说。

成果转化应从示范到产业化

如同中科院近物所国产重离子设备在甘肃武威和兰州建设示范装置一样,研发国产质子治疗装置的原子能院将在天津安装其示范装置。

“我们力争到2020年投入临床使用。”王平告诉记者,滨海质子治疗示范中心作为滨海新区肿瘤医院的一部分,既方便患者,又能与肿瘤医院的部分设备共用,从而达到集成集约利用的效果。设备配置上,将设置1台加速器和4个治疗舱,每个治疗舱年治疗500人左右,技术团队约有100人。

全球最早的质子重离子医院可追溯到1960年。当时,美国哈佛大学医学院教学附属麻省总医院首次将质子治疗应用于肿瘤。麻省总医院至今仍是全美最大的质子治疗中心,每年服务过万例患者。如今,全球已建成约50个质子治疗中心,并且更多地方正在规划中。

“在拥有核心技术后,如果能实现产业化,将有效降低质子治疗费用。”张天爵表示,质子治疗是一个中长期的发展项目,如果仅考虑建设示范中心这一个点,经济上很难平衡,应在建设示范中心的同时,启动成果转化和产业化基地建设。

他同时指出,有了产业化基地,也不能忽略研发基地的建设。“质子治疗是典型的核技术应用大型工程,从国外的发展经验看,几乎每一台加速器设备的建造,都伴随着一些改进和新技术的应用。”

《中国科学报》 (2016-06-27 第4版 综合)
 
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