抗癌“新核武”

杨金伟

经过多年建设，甘肃省武威肿瘤医院（武威重离子中心）装配了我国首台自主知识产权的重离子治疗系统。项目的成功完成，实现了世界上体型最大的医疗器械的国产化，使我国成为继美国、德国、日本之后，第四个拥有自主研发重离子治疗系统和临床应用能力的国家。

庞然大物

由于武威重离子中心的重离子治疗系统正在使用，无法参观，记者只得来到同样拥有重离子治疗系统的兰州重离子医院探个究竟。

兰州重离子医院内的一座三层小楼外观显得平平无奇，但当记者进入小楼后才发现别有洞天。原来，小楼里地上、地下各有三层，重离子加速器正“横躺”在地下。二极磁铁有序地排列在一起，这些钢铁组成的大块头根据自身的功能被排列成一字形或者圆形。走在其中，仿佛穿梭于梅花桩之间。

“我们从源头来看吧。”工作人员看出了记者的惊讶，领着记者来到了一个橙色的“大块头”跟前。重离子的源头正是从这里开始，它使用的原料是甲烷。甲烷含有碳离子，经初步处理剥离掉外圈的电子，形成重离子，随后会进入加速轨道。

那么，重离子又是如何被加速的呢？记者一边听着工作人员的讲解，一边穿行于各种设备之间，一个个巨大的黄色、蓝色的铁方块被管道连接，周围充斥着各种线圈和监测设备，冷风机不时呼呼地吹来冷风进行散热。

?坐落在兰州重离子医院内的重离子加速器。 本刊记者张丹摄

眼前的蓝色巨块是重达20余吨的二极磁铁，它在电流的作用下产生磁场，让直线穿行的离子“拐弯”，在8块二极磁铁连续偏转下，离子拐成了一个圆形的轨迹，一次次循环被加速，直至加速到光速的70%时才算达标。

记者爬上楼梯向下俯视，更加直观地看到了重离子加速器的全貌。重离子加速器宛若一条“巨龙”盘踞在地上，盘踞的“龙身”直径达到20米，周长有50多米。“龙尾”是电子回旋共振离子源，回旋加速器、同步加速器、束流传输线共同组成了绵延的“龙身”，而终端应用则是“龙头”。

离子材料甲烷进入“龙尾”后，蜕化为碳离子，再经过“龙身”的不断加速，达到光速的70%后形成离子束流，从“龙头”喷薄而出，进入到各个治疗室，在患者身体上完成重离子放疗。

破茧而出

事实上，我国关于重离子加速器的技术研究已有60余年。中国科学院近代物理研究所研究员马力祯介绍，从“一五”期间该所建设1.5米回旋加速器为核物理研究夯实基础，到1988年建成我国第一台大型重离子研究装置“兰州重离子加速器”，再到“九五”期间研制出兰州重离子加速器冷却储存环。1993年，科研人员将目光投向重离子治癌，从动物试验到初试人体表层肿瘤，再到人体深层肿瘤。2020年3月，我国首台自主知识产权“重离子治疗系统”在武威重离子中心投入临床应用。

让这条“巨龙”腾飞并非易事，许多人为此付出了心血。

马力祯介绍，医用重离子加速器是“集大成者”，是包括物理、核物理、信息、电子、医学、图像处理等学科的结合，技术体系精密复杂，研发难度极大。

在武威重离子加速器项目开工之前，日本、德国、美国在医用重离子加速器方面已经进行了相关知识产权的布局，所以我国首先要做的就是突破知识产权的限制。中国科学院近代物理研究所加速器总体室研究员石健举例，日本的重离子加速器使用了18块二极磁铁;德国有两种方案，一种使用了6块二极磁铁，另一种则是12块。

石健说：“最难的就是拿出设计方案，既要避开知识产权的限制，又要尽量做得小而精巧。团队花了很大功夫，决定使用8块二极磁铁的架构。数量不同，直接决定了整体系统的结构，就像盖房子一样，有的是砖混结构，有的是鋼混结构。”

“科研人员追求的是设备的最高性能，只要够得着预定的指标即可。但医疗器械是一个产品，医用重离子加速器各部件要保证最安全可靠。医院在使用时，设备要长期稳定。”马力祯说，此外还有众多条条框框，比如强电模块和弱电模块的隔离标准、如何布地线、电线的颜色，就连螺丝拧几圈都有严格规定。

“只有将国家关于电磁兼容、电器安全等医疗器械的标准贯彻到产品设计、研发、制造和检测全过程中，才有可能用于医疗，否则就是一堆废铜烂铁。”

马力祯介绍，重离子“打”在肿瘤上，要求稳定性不能超过0.5毫米误差，这要求电源系统和整个控制系统必须精密。再比如，须保证仪器运转的稳定与可靠，要想尽办法降低故障率。

“这套医用重离子加速器所有部件设备都是定制的，国产率达到99%，无论从性能指标还是临床反馈，毫不逊色于进口设备，但装置的成本只有国外的一半。”

抗癌“核武”

彭阿姨眼部患有多形性腺瘤，并与它抗争了26年，手术、化疗、放疗等治疗手段全已试遍，可终究没能阻止肿瘤的生长，右眼部的肿瘤已经长到拳头大小。如今，彭阿姨右眼已经失明，其实她也不奢求什么，只想阻止肿瘤的野蛮生长。2021年7月，彭阿姨感到右眼隐隐胀痛，晚上睡觉一旦翻身到右侧就会疼痛，到了不得不治疗的地步。“晚上睡不着，每分每秒都在煎熬。”

在彭阿姨四处求医的过程中，武威重离子中心走进了她的视线。彭阿姨告诉记者，她将病例和影像学资料传给武威重离子中心，经过评估后住进了医院。而后，全面检查、专家会诊、方案制订按部就班。“目前，我做了两次重离子放疗，也是在无意间体会到了效果。晚上睡觉，可以随便翻身了，胀痛也减轻了。对后续的治疗，我充满信心。”

“根据患者病种的不同，重离子治疗的时间和次数也不同。从目前完成治疗的患者临床随访结果来看，疗效显著，患者的病情得到有效控制。”甘肃省武威肿瘤医院副院长、武威重离子中心主任张雁山介绍，重离子治疗对大部分实体肿瘤有较好的疗效，适合不宜手术、对常规射线不敏感、常规射线治疗后复发的部分实体肿瘤的治疗。比如，中枢神经系统肿瘤、头颈部和颅底肿瘤、胸腹部肿瘤、盆腔肿瘤、四肢脊柱肿瘤等。

很多人都没有想到我国能够自主研发出医用重离子加速器，并成功应用于临床。毕竟，这在业内可比拟发射卫星的难度。

我国首台自主知识产权“重离子治疗系统”已经进入临床应用。本刊记者张丹摄

知识链接

重离子治疗是什么？

重离子是指质量数大于4的原子核，即元素周期表氦核以后（原子序数大于2的失去电子的原子）的离子。如碳12、氖22、钙45、铁56、氪84和铀238等。

重离子已开始应用于放射生物学、放射诊断和放射治疗等方面。

目前，治疗肿瘤的方式主要有手术、化疗和放疗等。射线能够以波或者粒子的形式穿过空间或物质释放能量。人类在医学上运用射线消灭肿瘤已有百年历史，这就是我们常说的放疗。目前，放疗包括伽马射线和X射线的光子放疗、质子射线的质子放疗，还有碳离子的重离子放疗。

重离子治疗是最好的放疗手段吗？

重离子治疗目前使用的是碳离子。碳离子直抵病灶后会集中释放能量，从而达到消灭癌细胞的目的。而且，碳离子对癌细胞DNA实施双链断裂的概率更高，更能防止癌细胞的残留和复发。碳离子放射的副作用小，可有效缓解患者放疗的痛苦，因此重离子放疗是目前国际上公认的较先进的放疗方法。

重离子治疗优势在哪里？

在放射治疗癌症方面，同X射线相比，重离子在生物体中射线能量转移值高，而且可以精确地控制剂量及射程，定位性能好，射程末端的释放能量集中，可使杀伤效果集中在需要照射的局部范围内，而减小对周围健康组织的损伤。

重离子比质子重，不容易被人体内的原子弹开，在体内具有优异的直进性，因而能瞄准长在重要内脏器官附近的肿瘤定点照射。同时生物学效果好。重离子线的生物学效果是传统放射线和质子束的2～5倍。因此，重离子线治疗的时间短，对于传统放疗有抵抗性的难治肿瘤也疗效可期。

与传统放疗相比，治疗期非常短是重离子治疗的一大特点。例如，肺癌和肝癌达到了1天1次，1或2天的超短期治疗;头颈部肿瘤、骨与软组织肿瘤和前列腺癌等在3周左右。所以重离子线治疗使患者能早日恢复正常的社会生活。

所有的癌癥都能治吗？

重离子应用的原则是治疗未发生弥漫性转移的肿瘤。由于重离子线能将足够的剂量安全地定点照射到病灶，因而传统放疗难治的病例、不适合手术的进展期癌症只要尚在局部，就可能获得较好的疗效。但是，胃、小肠，因为蠕动太快无法精准定位，所以不适合重离子治疗。

重离子治疗有没有副作用？

比起一般放射线治疗，重离子治疗可以说副作用非常小。当然也不是说完全没有副作用，具体取决于治疗部位，副作用的症状和程度因肿瘤的部位、照射方向、照射剂量等而不同，而且也有个体差异。因此，在治疗前的知情同意阶段，医师会对可能产生的副作用及其处理方法等通过书面形式等详细说明，让患者充分了解。

照射期间或照射后的一段时间里，照射部位如果是皮肤或黏膜，有时会有发炎现象，出现暂时性的刺痛、热感。通过涂软膏或药物治疗能够得到改善。