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瞄准肿瘤治疗前沿,质子装置国产化加速
中国江西网健康频道2022-05-11 11:52:46  来源:科技日报  编辑:宋秋蕾  作者:
 
首台国产质子治疗示范装置质子加速器 受访者供图

  近年来,质子治疗装置在我国呈现出强劲发展态势。截至目前,我国已批准质子治疗装置配置许可证16个,国内提出建设质子治疗平台需求的单位达80余家。

  近日,首台国产质子治疗示范装置180度旋转束治疗室在上海交通大学医学院附属瑞金医院启用,首批患者接受治疗。据悉,这台国产质子治疗装置日前已完成35例受试者的固定束治疗,还有几例受试者也将在近期按计划完成治疗,旋转束的临床试验预计将在6月初完成。

  质子治疗是世界上最先进的肿瘤治疗手段之一,有治疗精准、副作用小、患者生活质量高等优点。但现阶段,我国质子治疗装置几乎完全依赖于进口。

  质子治疗的优势是什么?质子治疗装置研发面临哪些挑战?如何推动其国产化?科技日报记者就此采访了相关专家。

  同传统放疗技术相比更精准安全

  目前,治疗肿瘤的主要手段包括手术、化疗和放射治疗等。质子治疗和常见的X线治疗都属于放射治疗手段。不同的是,X线治疗是用X射线照射肿瘤,而质子治疗是用质子束来照射肿瘤。

  “在X线治疗中,由于X射线的剂量会随着进入人体的深度而衰减,因此临床上通常会从肿瘤的前方和后方同时照射几束X射线,从而提高到达肿瘤区域的射线剂量。在这个过程中,肿瘤周围正常的人体组织细胞也会受到一定程度的照射,出现相应副作用。”北京大学第一医院放射治疗科主任高献书告诉记者,质子治疗有“肿瘤定向爆破神器”之称。在质子治疗中,质子束在到达肿瘤区域前其能量损失很少,在到达肿瘤区域时才将几乎全部能量释放掉形成峰值剂量来杀灭肿瘤。这样肿瘤区域附近的正常组织几乎完全不受损伤。“相比于X线治疗,质子治疗副作用大大减少。”他说。

  临床经验表明,质子治疗对20多种类型的肿瘤的治疗优势明显,尤其是脑部、复发、儿童肿瘤。

  质子治疗由美国科学家于上世纪40年代提出,在历经约50年研发和治疗试验后进入临床应用,并在2010年以后得到快速发展。现在,全球已建成质子治疗中心超过100家,在建的还有20多家。

  “首台国产质子治疗装置研发是在上海市自主创新和高新技术产业发展重大项目以及‘十三五’时期科技部重点研发项目支持下完成的。中国科学院上海应用物理研究所、中国科学院上海高等研究院上海光源科学中心、上海艾普强粒子设备有限公司、上海交通大学医学院附属瑞金医院及相关厂家十年磨一剑,最终研发出首台国产质子治疗装置。”首台国产质子治疗装置首席科学家,中国工程院院士、上海光源科学中心主任赵振堂接受记者采访时介绍。

  赵振堂告诉记者,自临床试验启动以来,首台国产质子治疗装置固定束与旋转束治疗室的治疗进展顺利,预计今年6月将按计划完成全部47例患者的临床试验治疗。

  高技术门槛导致设备主要依赖进口

  为什么我国长期以来缺乏国产质子治疗装置?

  “主要是因为技术门槛高、系统复杂、集成难度大。”赵振堂介绍,质子治疗装置是基于粒子加速器的大型尖端医疗设备,主要组成部分包括:最高治疗能量在200—235MeV的质子加速器,将质子束传输到照射系统的固定或旋转束流输运线,质子束照射系统,机器人治疗床,影像引导,呼吸门控等,以及治疗计划系统与治疗控制等软件系统。此外,质子治疗装置还包括辐射防护与安全联锁系统、肿瘤信息系统、质量控制设备等。

  “研制质子治疗装置不仅要掌握多项高精尖技术,如质子加速器技术、照射质子束的位置和剂量探测与控制技术、大型精密机械装备技术、图像引导技术、信息和软件技术等,而且还要将上述所有复杂技术系统进行高水平整合与系统集成。”赵振堂解释道。

  除了技术复杂,质子治疗装置的研发过程也困难重重。

  在研发阶段,投入高、周期长是首要挑战。质子治疗装置研发过程中必须投入大量人力、物力、财力,且短期难见效益,一般机构难以承受并缺乏耐心,因此需要依托有实力的工程技术团队。

  在产业化阶段,又面临工程化、标准化难的问题。“比如,质子治疗装置必须具备非常高的安全性、可靠性、稳定性,至少能在全年提供每周5—6天、每天十几个小时的临床治疗服务。相关系统必须能在自动受控下安全运行,遇到意外事件时及时停止。加速器必须有自诊断、报警功能,易损部件必须便于快捷维修。”赵振堂说。

  “此外,质子治疗装置是医疗设备。作为医疗设备,除了要满足相应法规之外,还要满足临床医生使用要求,比如要具有可用性、便利性等。所以,在质子治疗装置的研制过程中,必须考虑临床需求。”高献书强调,质子治疗装置走出实验室后只有经受临床应用的“锤炼”才能找到成熟的应用场景。

  高献书表示,质子治疗装置研发不是一蹴而就的事,甚至还存在一些风险,成功研制质子治疗装置需要长期技术积累,也需要相应的资金支持、机制保障等。

  由于国产设备缺乏,长期以来,我国质子治疗装置主要依赖进口。国际上,比利时离子束应用公司、美国瓦里安公司和日本日立公司等高科技公司可提供整套装置。

  “目前国内尚未形成质子治疗装置产品,大部分还处于刚完成样机级别的研制或是样机优化的阶段。”赵振堂说。

  多种手段加速国产技术进步

  “质子治疗装置庞大、制造成本和运维费用高,靠引进无法掌握设备核心技术,难以降低治疗费用。”高献书表示,质子治疗的费用为30万元左右,患者负担较大,这使得很多适用质子治疗的患者最终还是选择了X线治疗。

  赵振堂表示:“要让质子治疗真正惠及国内患者,我国需要自主研制质子治疗装置,在研发过程中不断积累技术并创新发展。”

  近年来,质子治疗装置在我国呈现出强劲发展态势。截至目前,我国已批准质子治疗装置配置许可证16个,国内提出建设质子治疗平台需求的单位达80余家。

  赵振堂介绍,国内已有多家研究机构和高科技公司加入了研发质子治疗装置的行列。比如,中国原子能科学研究院和中国科学院等离子体物理研究所分别研制的超导回旋加速器已经出束,并正在进行治疗系统的研发和调试;华中科技大学、中核集团等也在开展质子治疗装置或设备的研发工作。

  “随着质子治疗优越性不断展现,建设质子治疗中心的需求持续增加,临床需要与配置建设、技术研发、人才需求之间的矛盾逐渐凸显。”赵振堂说。

  为推进质子治疗装置国产化进程,赵振堂建议,要鼓励联合研发以及支持建立联合研发基地。高献书持有相同观点:“要汇聚优势力量集中投入、集中攻关,最终解决质子治疗装置中的共性技术难题。分散投入不仅效率低还会造成资源浪费。”

  赵振堂建议,要建立质子治疗装置相关的产业联盟和医疗联盟,加强本科和研究生相关专业教育,以及短期强化培训和中长期院内使用培训等,满足从研发、调试到运维全流程对技术人员、物理师、医生等不同层次、不同专业背景人员的需求。

  专家还建议,要进一步加强质子治疗装置研发与临床应用的结合。高献书强调,在质子治疗装置的研发过程中,一定要有医院介入,如此才能在研制过程中不断优化功能和性能,满足患者治疗的实际需求。

  赵振堂强调,要加强临床治疗技术的发展。多家质子中心逐渐投入运行,给联合开展各种临床治疗技术和适应症研究提供更多机会。

  “将来可考虑将部分癌种的质子治疗纳入医保,适度减轻百姓负担。”高献书表示。

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