甘肅武威碳離子治療裝置。 　　中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所供圖

　　甘肅武威重離子中心治療室，醫(yī)生正用儀器給一名腫瘤患者進(jìn)行碳離子放療……這套治療系統(tǒng)就是我國(guó)首臺(tái)具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重離子治療腫瘤專用裝置（即醫(yī)用重離子加速器/碳離子治療系統(tǒng)）。它由中科院近代物理研究所及其產(chǎn)業(yè)化公司研制和運(yùn)行維護(hù)，由武威腫瘤醫(yī)院負(fù)責(zé)臨床運(yùn)營(yíng)。

　　這一裝置的成功應(yīng)用，標(biāo)志著我國(guó)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(guó)家，實(shí)現(xiàn)我國(guó)在大型醫(yī)療設(shè)備研制方面的歷史性突破，我國(guó)高端醫(yī)療器械裝備國(guó)產(chǎn)化邁出了新的步伐。

　　醫(yī)用重離子加速器建立在我國(guó)科研人員對(duì)重離子物理研究的突破性認(rèn)識(shí)上

　　甘肅武威重離子中心的這套裝置，核心是醫(yī)用重離子加速器。它脫胎于中科院近代物理所建造的重大科學(xué)裝置蘭州重離子加速器，建立在我國(guó)科研人員對(duì)重離子物理研究的突破性認(rèn)識(shí)上。

　　截至目前，人類已知的、歸入元素周期表的元素共有118種，大多數(shù)都有同位素。例如氫的同位素有氕氘氚，碳的同位素有碳12、碳13和碳14等。科研人員了解和利用這些元素、同位素，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域服務(wù)。

　　射線能夠以波或者粒子的形式穿過(guò)空間或物質(zhì)釋放能量，人類在醫(yī)學(xué)上運(yùn)用放射性元素和同位素消滅腫瘤的歷史已有許多年。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，還有碳離子束的重離子放療。

　　其中，重離子放療具備明顯優(yōu)勢(shì)。中國(guó)工程院院士、中科院近代物理所副所長(zhǎng)夏佳文介紹，光子射線穿透人體健康組織時(shí)能量損耗較大，到達(dá)腫瘤時(shí)劑量變?nèi)趿恕Ｌ茧x子更像一枚精準(zhǔn)制導(dǎo)的武器，能直抵病灶，集中釋放能量，消殺癌細(xì)胞。其次，碳離子束對(duì)腫瘤DNA實(shí)施雙鏈斷裂的概率更高，相比其他放療的單鏈斷裂，更能防止癌細(xì)胞的殘留和復(fù)發(fā)。令人振奮的是，碳離子放療對(duì)健康人體組織產(chǎn)生破壞極小，不僅可以精準(zhǔn)攻擊并消滅腫瘤，而且治療中無(wú)痛、副作用小，避免“殺敵一千，自損八百”的現(xiàn)象。正因如此，碳離子放療是目前國(guó)際上公認(rèn)的先進(jìn)放療手段。

　　我國(guó)在重離子領(lǐng)域的技術(shù)積累長(zhǎng)達(dá)60余年。從“一五”期間中科院近代物理所建設(shè)1.5米回旋加速器為核物理研究夯實(shí)基礎(chǔ)，到1988年建成我國(guó)第一臺(tái)大型重離子研究裝置蘭州重離子加速器，再到“九五”期間研制出蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)，依托歷代大科學(xué)工程和大科學(xué)裝置，我國(guó)重離子研究呈現(xiàn)良好的發(fā)展局面。

　　依托雄厚的基礎(chǔ)研究支撐和原創(chuàng)成果積累，1993年起，科研人員將目光投向重離子治療癌癥。2020年3月，我國(guó)首臺(tái)具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碳離子治療系統(tǒng)在武威投入臨床應(yīng)用。

　　曾擔(dān)任中科院近代物理所所長(zhǎng)的中科院蘭州分院院長(zhǎng)肖國(guó)青自豪地說(shuō)：“我們自主研發(fā)的這套‘回旋注入+同步主加速器’組合重離子醫(yī)用裝置，在主加速器的磁聚焦結(jié)構(gòu)和注入方式上，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)重離子治療設(shè)備零的突破，走出一條從基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品示范到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈自主創(chuàng)新之路。”

　　將重離子基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，凝結(jié)了科研和工程技術(shù)人員近30年的心血汗水

　　將重離子基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，把科研裝置變成醫(yī)療器械，聽(tīng)起來(lái)只有一步之遙，做起來(lái)卻隔著萬(wàn)水千山，凝結(jié)了我國(guó)科研和工程技術(shù)人員近30年的心血和汗水。

　　跨越性成就的背后，是整個(gè)醫(yī)用重離子加速器團(tuán)隊(duì)攻克了三大難題。

　　從“大”變“小”。每座大科學(xué)裝置都融合了最頂尖的技術(shù)和最復(fù)雜的工藝，重離子加速器也不例外——外觀體積巨大，內(nèi)部精細(xì)無(wú)比。想把一個(gè)龐然大物放進(jìn)醫(yī)院，不是單純意義上建造一個(gè)“縮小版”，而是需要在理論設(shè)計(jì)上有所突破，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新使得加速器周長(zhǎng)更短、結(jié)構(gòu)更緊湊。

　　從“粗”到“細(xì)”。要把一張理論圖紙變成加工圖紙，挑戰(zhàn)很大。由于科研和醫(yī)療的試驗(yàn)要求各有側(cè)重，想做出一臺(tái)真正的醫(yī)療器械，就要重新調(diào)整工藝細(xì)節(jié)，這對(duì)設(shè)備的加工制造提出了很高要求。例如，重離子束“打”在腫瘤上，要求束斑中心位置穩(wěn)定性誤差極小，相關(guān)工藝必須更細(xì)更精密。再比如，用重離子幫助患者治病，必須保證儀器運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定與可靠。

　　從“專”到“全”。我國(guó)把醫(yī)療器械的安全性放在首位，相應(yīng)對(duì)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。此前，醫(yī)用重離子加速器在國(guó)內(nèi)尚未有統(tǒng)一產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方案。為了確保萬(wàn)無(wú)一失，國(guó)家對(duì)中科院近代物理所等單位研制的第一臺(tái)醫(yī)用重離子加速器審核，可謂是“嚴(yán)上加嚴(yán)”。

　　為了克服道道難關(guān)，中科院近代物理所的科研人員、產(chǎn)業(yè)化公司的技術(shù)人員、當(dāng)?shù)氐尼t(yī)生們團(tuán)結(jié)協(xié)作，邊學(xué)邊改，邊檢邊調(diào)，開(kāi)始了艱苦的工程化過(guò)程。中科院近代物理所產(chǎn)業(yè)化企業(yè)、國(guó)科離子醫(yī)療科技有限公司董事長(zhǎng)馬力禎回憶：“2018年，為了給相關(guān)審批部門提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測(cè)報(bào)告，光準(zhǔn)備的資料就堆滿了房間，甚至用小車才拉得動(dòng)。如果達(dá)不到醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)，這臺(tái)重離子加速器就是一堆廢鐵。”

　　從無(wú)到有，一步步走向產(chǎn)業(yè)化，團(tuán)隊(duì)不是閉門造車，而是注重市場(chǎng)牽引，要做滿足醫(yī)患需求的醫(yī)療器械。

　　馬力禎介紹，他們?cè)?jīng)認(rèn)為患者接受治療，只需按照傳統(tǒng)方式躺在病床上就可以。后來(lái)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，用機(jī)械臂把患者抬起來(lái)，與加速器默契配合，能更方便地讓射線照射患者身體。團(tuán)隊(duì)立刻整改細(xì)節(jié)，在第二代設(shè)備中加裝了操作更靈活的機(jī)械臂。

　　功夫不負(fù)有心人。2019年下半年，整套碳離子治療系統(tǒng)獲得注冊(cè)許可，我國(guó)終于有了自己的醫(yī)用重離子加速器。

　　肖國(guó)青說(shuō)，這臺(tái)自主研發(fā)的醫(yī)用重離子加速器，無(wú)論性能指標(biāo)還是臨床反饋，都不遜色于進(jìn)口設(shè)備。尤其是國(guó)產(chǎn)重離子治療裝置成本只有發(fā)達(dá)國(guó)家的1/3至1/2，在價(jià)格上具備明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)重離子治療裝置同步加速器的周長(zhǎng)只有56.2米，是目前世界上所有醫(yī)用重離子加速器中周長(zhǎng)最短的同步加速器系統(tǒng)，有利于醫(yī)院減少投入。依托國(guó)內(nèi)完善的加工制造業(yè)體系，整套醫(yī)療器械的維修成本也大大降低，并且維修時(shí)效很快。

　　推動(dòng)國(guó)產(chǎn)重離子治療裝置在全國(guó)落地，讓這一大型醫(yī)用設(shè)備為更多患者服務(wù)

　　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。從目前完成治療患者的臨床隨訪結(jié)果來(lái)看，療效顯著，患者的病情得到有效控制。”武威腫瘤醫(yī)院院長(zhǎng)葉延程介紹，截至目前，中心共治療患者375例（包括臨床試驗(yàn)患者），治療病種涵蓋中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、頭頸部和顱底腫瘤、胸腹部腫瘤、盆腔腫瘤等。

　　人類與癌癥的斗爭(zhēng)已經(jīng)持續(xù)了數(shù)千年，即使是最微小的進(jìn)步背后都有科學(xué)技術(shù)的加持。“作為科研人員，我們期望能在科學(xué)原理上取得更多突破，掌握更多重離子的機(jī)理奧秘，加快技術(shù)研發(fā)，爭(zhēng)取為更有效的治癌手段提供科技支撐。”夏佳文表示。

　　下一步，國(guó)科離子醫(yī)療科技有限公司將推動(dòng)國(guó)產(chǎn)重離子治療裝置在全國(guó)落地。馬力禎說(shuō)，除了已投入運(yùn)營(yíng)的武威重離子中心和將要開(kāi)展臨床試驗(yàn)的蘭州重離子治療裝置，正在建設(shè)的還有其他城市的4臺(tái)裝置，另有多地也簽訂了合作協(xié)議。“建造布局將充分考慮人口和地理因素，將裝置放在國(guó)家區(qū)域醫(yī)療中心，提升重離子治療服務(wù)的可及性。”

　　肖國(guó)青說(shuō)，未來(lái)將繼續(xù)研制更加小型的治療裝置，降低占地面積、治療費(fèi)用，借助人工智能、5G技術(shù)等手段升級(jí)改造設(shè)備，提升智能化水平。還將大力培養(yǎng)重離子治療的人才隊(duì)伍，精心培訓(xùn)更多一線放療醫(yī)生和放射物理師，讓醫(yī)用重離子加速器為更多患者服務(wù)。