质子治疗旋转机架研究现状及前景

谷鹏飞

摘 要：肿瘤是一种能够对人类健康及生命产生严重威胁的疾病，多年以来，我们在肿瘤治疗方面的研究投入了大量的精力，研究发现，与传统的治疗方法相比，质子治疗更具优势。旋转机架作为质子治疗装置的治疗终端，其研究关系到患者的最终治疗效果。目前，国内外都在积极研发各种类型的旋转机架，我国虽起步较晚，但是已迎头赶上，国产旋转机架的发展前景一片光明。

关键词：质子治疗 旋转机架 研究现状 前景

中图分类号：R73 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（c）-0221-02

癌症的质子治疗，主要是通过加速器对质子进行加速，再使用偏转磁铁控制质子束的传输方向，最后使用旋转机架调节质子束治疗角度，以实现质子束对肿瘤部位的精准治疗。相比于传统的X光放射疗法，质子束对于人体的伤害更小，而作为治疗终端关键部件的旋转机架，对于调整治疗精度和角度，有着非常重要的作用，其研究对于实现质子治疗国产化有着巨大的推动作用和非凡的意义。

1 质子治疗原理

射线治疗，主要包括电子射线、伽马射线以及质子射线，质子射线治疗与其它两种射线治疗方式具有显著的不同。质子治疗的吸收剂量首先进行缓慢的上升，之后其速度逐渐加快，在超过峰值之后，又开始急速下降并趋于零，这一种物理特性，被我们称为“布拉格峰”，这种特性使得照射能量集中在肿瘤的病灶上而对周围正常细胞伤害很小甚至无伤害。这样不但可以减少治疗的副作用，而且还可以减少治疗次数

2 质子治疗装置的组成

2.1 质子加速器

为了保障质子束射入患者体内的能量充足，且能够对癌细胞进行有效的破坏，所以我们需要配合使用70～230Mev质子加速器。

2.2 束流输运线

束流输运线采用真空输送管道，以避免质子束与空气中的杂质发生碰撞，同时配置聚焦磁铁和偏转磁铁。

2.3 能量选择系统

能量选择系统调节质子束的能量强度，以满足不同深度肿瘤病灶的照射需求。

2.4 旋转机架

在患者接受質子治疗的时，质子束也能够对患者的正常细胞产生伤害，所以要通过旋转机架的实现质子束从不同的角度射入患者病灶，减少其对正常细胞的作用。

2.5 CBCT患者精准定位系统

在治疗室中，还应有CBCT患者精准定位系统对患者肿瘤部位周围的CT图像进行重建，该图像可以与患者进行治疗之前的CT图片进行对比，从而对患者的位置误差进行精准的修正。

3 质子治疗旋转机架

质子治疗旋转机架主要由以下部件组成。

3.1 偏转磁铁

旋转机架上的偏转磁铁可以调整质子束流的方向，使束流准确地射入患者的肿瘤病灶部位。通过对磁铁类型和数量进行科学合理的配置，可以使旋转机架的整体设计质量得到提高。

3.2 配重

在旋转机架的一端固定有输运线，整体易出现质量偏心，而产生偏心力矩，此时驱动旋转机架相对困难。因此须在输运线的对称位置上设计配重，以保障旋转机架的整体质心处于回转中心线上。

3.3 治疗头

加速器产生的质子束流性能可能难以满足肿瘤靶点的剂量需求，所以我们需要对其能量流强、能散、发射度等性能进行相应的转换，并且在进行治疗过程中，需要将质子流的截面进行横向的拓展，并且不同的拓展方法还能够对治疗头部件的设计产生影响。就目前为止，在全世界范围内应用范围较为广泛的，是笔形束扫描法，也就是需要在治疗头的内部放置两个二级磁铁，通过磁场的变化，促使漱流进行相应的偏转运动，并能够形成进行治疗所需的照射野。

3.4 机架本体

旋转机架的机架本体，主要就是对各个功能部件的重量进行承受，所以需要其具有一定的刚度，以保障变形的误差不会超出规定的允许范围，并且将旋转支架置于滚轮之上，能够在一定的角度范围内进行顺利旋转，从而实现质子束从不同角度射入患者肿瘤病灶，以减少对患者正常细胞的损伤。

3.5 滚轮支撑

为了保障旋转机架的平稳，我们需要在机架本体提供两组滚轮进行支撑，在机架进行转动时，滚轮表面需要对相应的压力以及摩擦力进行承受。

4 质子治疗旋转机架的前景分析及发展意义

4.1 前景分析

20世纪40年代，应用质子对肿瘤进行治疗的治疗方式在美国首次被提出，之后迅速得到了哈佛大学以及美国多家著名医院的重视，并由芝加哥费米国家加速器实验室成功研制的质子治疗旋转机架，为质子治疗肿瘤打下重要基础。至20世纪90年代，质子治疗在欧洲得到了良好的发展，瑞士保罗谢弗勒研究所进一步创新了旋转机架并首创了质子治疗的点扫描法；同时在日本，已经发展了数十家质子治疗专用医院；时至今日，世界各国均已加强了对质子治疗旋转机架研发的重视，质子治疗旋转机架在国内乃至国际上具有良好的发展前景。

我国的质子治疗起步相对较晚，但是其在我国的发展十分迅速。2001年，我国首次将质子治疗引进国内，仅仅经过15年，2016年我国的相关研究就打破了国外对该项技术的垄断，并在2018年11月完成了首台国产质子治疗旋转机架的调试应用，极有可能促使质子治疗设备整体价格的下降以及维护费用的大幅度降低。就目前的情况来看，我国社会各界已经对质子治疗投入了越来越多的关注，我国的相关研究也得到了高速的发展，与发达国家的差距正在逐步缩小。

4.2 发展意义

目前根据国内外相关调研，质子治疗旋转机架的研发对于实现质子治疗的国产化有巨大的推动作用，对于国内癌症疗法的变革有着非凡的意义，更是响应了国家共筑“健康梦”的发展需要。

5 结语

质子治疗在我国虽然没有经过悠久的发展，但是已经能够对我国肿瘤患者起到良好的治疗效果，所以对于质子治疗以及其旋转机架，我们还需进行深入研究，以促使质子治疗的效果得到提高。

参考文献

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