抗癌“新核武”

楊金偉

經(jīng)過多年建設(shè)，甘肅省武威腫瘤醫(yī)院（武威重離子中心）裝配了我國首臺自主知識產(chǎn)權(quán)的重離子治療系統(tǒng)。項目的成功完成，實現(xiàn)了世界上體型最大的醫(yī)療器械的國產(chǎn)化，使我國成為繼美國、德國、日本之后，第四個擁有自主研發(fā)重離子治療系統(tǒng)和臨床應(yīng)用能力的國家。

龐然大物

由于武威重離子中心的重離子治療系統(tǒng)正在使用，無法參觀，記者只得來到同樣擁有重離子治療系統(tǒng)的蘭州重離子醫(yī)院探個究竟。

蘭州重離子醫(yī)院內(nèi)的一座三層小樓外觀顯得平平無奇，但當記者進入小樓后才發(fā)現(xiàn)別有洞天。原來，小樓里地上、地下各有三層，重離子加速器正“橫躺”在地下。二極磁鐵有序地排列在一起，這些鋼鐵組成的大塊頭根據(jù)自身的功能被排列成一字形或者圓形。走在其中，仿佛穿梭于梅花樁之間。

“我們從源頭來看吧?！惫ぷ魅藛T看出了記者的驚訝，領(lǐng)著記者來到了一個橙色的“大塊頭”跟前。重離子的源頭正是從這里開始，它使用的原料是甲烷。甲烷含有碳離子，經(jīng)初步處理剝離掉外圈的電子，形成重離子，隨后會進入加速軌道。

那么，重離子又是如何被加速的呢？記者一邊聽著工作人員的講解，一邊穿行于各種設(shè)備之間，一個個巨大的黃色、藍色的鐵方塊被管道連接，周圍充斥著各種線圈和監(jiān)測設(shè)備，冷風(fēng)機不時呼呼地吹來冷風(fēng)進行散熱。

?坐落在蘭州重離子醫(yī)院內(nèi)的重離子加速器。 本刊記者張丹攝

眼前的藍色巨塊是重達20余噸的二極磁鐵，它在電流的作用下產(chǎn)生磁場，讓直線穿行的離子“拐彎”，在8塊二極磁鐵連續(xù)偏轉(zhuǎn)下，離子拐成了一個圓形的軌跡，一次次循環(huán)被加速，直至加速到光速的70%時才算達標。

記者爬上樓梯向下俯視，更加直觀地看到了重離子加速器的全貌。重離子加速器宛若一條“巨龍”盤踞在地上，盤踞的“龍身”直徑達到20米，周長有50多米?！褒埼病笔请娮踊匦舱耠x子源，回旋加速器、同步加速器、束流傳輸線共同組成了綿延的“龍身”，而終端應(yīng)用則是“龍頭”。

離子材料甲烷進入“龍尾”后，蛻化為碳離子，再經(jīng)過“龍身”的不斷加速，達到光速的70%后形成離子束流，從“龍頭”噴薄而出，進入到各個治療室，在患者身體上完成重離子放療。

破繭而出

事實上，我國關(guān)于重離子加速器的技術(shù)研究已有60余年。中國科學(xué)院近代物理研究所研究員馬力禎介紹，從“一五”期間該所建設(shè)1.5米回旋加速器為核物理研究夯實基礎(chǔ)，到1988年建成我國第一臺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存環(huán)。1993年，科研人員將目光投向重離子治癌，從動物試驗到初試人體表層腫瘤，再到人體深層腫瘤。2020年3月，我國首臺自主知識產(chǎn)權(quán)“重離子治療系統(tǒng)”在武威重離子中心投入臨床應(yīng)用。

讓這條“巨龍”騰飛并非易事，許多人為此付出了心血。

馬力禎介紹，醫(yī)用重離子加速器是“集大成者”，是包括物理、核物理、信息、電子、醫(yī)學(xué)、圖像處理等學(xué)科的結(jié)合，技術(shù)體系精密復(fù)雜，研發(fā)難度極大。

在武威重離子加速器項目開工之前，日本、德國、美國在醫(yī)用重離子加速器方面已經(jīng)進行了相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)的布局，所以我國首先要做的就是突破知識產(chǎn)權(quán)的限制。中國科學(xué)院近代物理研究所加速器總體室研究員石健舉例，日本的重離子加速器使用了18塊二極磁鐵;德國有兩種方案，一種使用了6塊二極磁鐵，另一種則是12塊。

石健說：“最難的就是拿出設(shè)計方案，既要避開知識產(chǎn)權(quán)的限制，又要盡量做得小而精巧。團隊花了很大功夫，決定使用8塊二極磁鐵的架構(gòu)。數(shù)量不同，直接決定了整體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，就像蓋房子一樣，有的是磚混結(jié)構(gòu)，有的是鋼混結(jié)構(gòu)?！?/p>

“科研人員追求的是設(shè)備的最高性能，只要夠得著預(yù)定的指標即可。但醫(yī)療器械是一個產(chǎn)品，醫(yī)用重離子加速器各部件要保證最安全可靠。醫(yī)院在使用時，設(shè)備要長期穩(wěn)定。”馬力禎說，此外還有眾多條條框框，比如強電模塊和弱電模塊的隔離標準、如何布地線、電線的顏色，就連螺絲擰幾圈都有嚴格規(guī)定。

“只有將國家關(guān)于電磁兼容、電器安全等醫(yī)療器械的標準貫徹到產(chǎn)品設(shè)計、研發(fā)、制造和檢測全過程中，才有可能用于醫(yī)療，否則就是一堆廢銅爛鐵?！?/p>

馬力禎介紹，重離子“打”在腫瘤上，要求穩(wěn)定性不能超過0.5毫米誤差，這要求電源系統(tǒng)和整個控制系統(tǒng)必須精密。再比如，須保證儀器運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定與可靠，要想盡辦法降低故障率。

“這套醫(yī)用重離子加速器所有部件設(shè)備都是定制的，國產(chǎn)率達到99%，無論從性能指標還是臨床反饋，毫不遜色于進口設(shè)備，但裝置的成本只有國外的一半。”

抗癌“核武”

彭阿姨眼部患有多形性腺瘤，并與它抗爭了26年，手術(shù)、化療、放療等治療手段全已試遍，可終究沒能阻止腫瘤的生長，右眼部的腫瘤已經(jīng)長到拳頭大小。如今，彭阿姨右眼已經(jīng)失明，其實她也不奢求什么，只想阻止腫瘤的野蠻生長。2021年7月，彭阿姨感到右眼隱隱脹痛，晚上睡覺一旦翻身到右側(cè)就會疼痛，到了不得不治療的地步?！巴砩纤恢糠置棵攵荚诩灏?。”

在彭阿姨四處求醫(yī)的過程中，武威重離子中心走進了她的視線。彭阿姨告訴記者，她將病例和影像學(xué)資料傳給武威重離子中心，經(jīng)過評估后住進了醫(yī)院。而后，全面檢查、專家會診、方案制訂按部就班?！澳壳?，我做了兩次重離子放療，也是在無意間體會到了效果。晚上睡覺，可以隨便翻身了，脹痛也減輕了。對后續(xù)的治療，我充滿信心?！?/p>

“根據(jù)患者病種的不同，重離子治療的時間和次數(shù)也不同。從目前完成治療的患者臨床隨訪結(jié)果來看，療效顯著，患者的病情得到有效控制?！备拭C省武威腫瘤醫(yī)院副院長、武威重離子中心主任張雁山介紹，重離子治療對大部分實體腫瘤有較好的療效，適合不宜手術(shù)、對常規(guī)射線不敏感、常規(guī)射線治療后復(fù)發(fā)的部分實體腫瘤的治療。比如，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、四肢脊柱腫瘤等。

很多人都沒有想到我國能夠自主研發(fā)出醫(yī)用重離子加速器，并成功應(yīng)用于臨床。畢竟，這在業(yè)內(nèi)可比擬發(fā)射衛(wèi)星的難度。

我國首臺自主知識產(chǎn)權(quán)“重離子治療系統(tǒng)”已經(jīng)進入臨床應(yīng)用。本刊記者張丹攝

知識鏈接

重離子治療是什么？

重離子是指質(zhì)量數(shù)大于4的原子核，即元素周期表氦核以后（原子序數(shù)大于2的失去電子的原子）的離子。如碳12、氖22、鈣45、鐵56、氪84和鈾238等。

重離子已開始應(yīng)用于放射生物學(xué)、放射診斷和放射治療等方面。

目前，治療腫瘤的方式主要有手術(shù)、化療和放療等。射線能夠以波或者粒子的形式穿過空間或物質(zhì)釋放能量。人類在醫(yī)學(xué)上運用射線消滅腫瘤已有百年歷史，這就是我們常說的放療。目前，放療包括伽馬射線和X射線的光子放療、質(zhì)子射線的質(zhì)子放療，還有碳離子的重離子放療。

重離子治療是最好的放療手段嗎？

重離子治療目前使用的是碳離子。碳離子直抵病灶后會集中釋放能量，從而達到消滅癌細胞的目的。而且，碳離子對癌細胞DNA實施雙鏈斷裂的概率更高，更能防止癌細胞的殘留和復(fù)發(fā)。碳離子放射的副作用小，可有效緩解患者放療的痛苦，因此重離子放療是目前國際上公認的較先進的放療方法。

重離子治療優(yōu)勢在哪里？

在放射治療癌癥方面，同X射線相比，重離子在生物體中射線能量轉(zhuǎn)移值高，而且可以精確地控制劑量及射程，定位性能好，射程末端的釋放能量集中，可使殺傷效果集中在需要照射的局部范圍內(nèi)，而減小對周圍健康組織的損傷。

重離子比質(zhì)子重，不容易被人體內(nèi)的原子彈開，在體內(nèi)具有優(yōu)異的直進性，因而能瞄準長在重要內(nèi)臟器官附近的腫瘤定點照射。同時生物學(xué)效果好。重離子線的生物學(xué)效果是傳統(tǒng)放射線和質(zhì)子束的2～5倍。因此，重離子線治療的時間短，對于傳統(tǒng)放療有抵抗性的難治腫瘤也療效可期。

與傳統(tǒng)放療相比，治療期非常短是重離子治療的一大特點。例如，肺癌和肝癌達到了1天1次，1或2天的超短期治療;頭頸部腫瘤、骨與軟組織腫瘤和前列腺癌等在3周左右。所以重離子線治療使患者能早日恢復(fù)正常的社會生活。

所有的癌癥都能治嗎？

重離子應(yīng)用的原則是治療未發(fā)生彌漫性轉(zhuǎn)移的腫瘤。由于重離子線能將足夠的劑量安全地定點照射到病灶，因而傳統(tǒng)放療難治的病例、不適合手術(shù)的進展期癌癥只要尚在局部，就可能獲得較好的療效。但是，胃、小腸，因為蠕動太快無法精準定位，所以不適合重離子治療。

重離子治療有沒有副作用？

比起一般放射線治療，重離子治療可以說副作用非常小。當然也不是說完全沒有副作用，具體取決于治療部位，副作用的癥狀和程度因腫瘤的部位、照射方向、照射劑量等而不同，而且也有個體差異。因此，在治療前的知情同意階段，醫(yī)師會對可能產(chǎn)生的副作用及其處理方法等通過書面形式等詳細說明，讓患者充分了解。

照射期間或照射后的一段時間里，照射部位如果是皮膚或黏膜，有時會有發(fā)炎現(xiàn)象，出現(xiàn)暫時性的刺痛、熱感。通過涂軟膏或藥物治療能夠得到改善。