治病救人的大科学装置，中国有了
文章来源：中国科学报 | 发布时间：2019-10-18 | 【】 【】
学物理的肖国青没想到，自己会走上一条治病救人的路。
10月10日，中国科学院发布消息称，肖国青所在的中科院近代物理研究所及其控股公司兰州科近泰基新技术有限责任公司研制的“碳离子治疗系统”日前已获批第三类医疗器械产品注册。
这台安装于甘肃省武威肿瘤医院的医用重离子加速器，是国内首台由国家药品监督管理局批准注册的国产碳离子治疗系统。它的上市，将为中国部分难治肿瘤患者带去生的希望。
“肿瘤杀手” ——布拉格峰
重离子是指元素周期表中比氦重的原子，失去部分或全部电子后形成的带电粒子。重离子束拥有独特的物理和生物学特性，被认为是理想的放疗用射线。
重离子射线具有独特的深度剂量分布，在穿越生物组织的过程中，重离子束沉积的剂量较小，剂量主要沉积在其射程的末端，形成一个尖锐的峰，科学上称这个峰为布拉格峰。
“根据这个特点，我们就可以通过调节重离子的能量，让布拉格峰刚好落在肿瘤的位置，在保护正常组织和关键器官的同时，精准杀灭肿瘤细胞。”国产碳离子治疗系统项目负责人、中科院近代物理所研究员肖国青说。
常规光子放疗打断的是肿瘤细胞的dna单链，肿瘤细胞可以很快修复；而重离子主要是通过电离形成的高密度二次电子的电离作用导致dna双键断裂来杀灭肿瘤细胞，生物学效应约比常规放疗高3倍。此外，重离子对肿瘤细胞的杀伤不依赖于氧的存在，可用于治疗一些供血不足的乏氧肿瘤。
“这意味着，重离子对肿瘤细胞的‘杀伤力’更大，治疗周期更短。”甘肃省肿瘤医院副院长王小虎说， “它特别适合于不宜手术、对常规射线不敏感、常规射线治疗后复发的部分实体肿瘤。”
2014年发表在《放射肿瘤学》（radiation oncology）杂志上的一篇论文指出，碳离子治疗对多种肿瘤的5年局部控制率远高于常规放疗。以有着“癌王”之称的胰腺癌为例，常规手段的5年局部控制率仅有10~20%，但采用碳离子手段治疗时，这一数字攀升至66~100%。
由于副作用小，疗程短、疗效好等优势，重离子治疗能够为部分难治肿瘤提供新的治疗手段，也成为全球放疗领域竞相追逐的前沿和热点。
医疗重器的“中国方案”
1975年，美国伯克利国家实验室利用其已有的科研加速器装置率先开展重离子治疗肿瘤研究。上世纪90年代，德国和日本相继开展重离子治疗肿瘤技术和临床研究，并逐步推广应用。目前，国际上共有11台医用重离子加速器在运营，主要分布在亚洲和欧洲；有5台在建设。全球已累计治疗肿瘤患者约3万人。
2008年，复旦大学附属肿瘤医院引进了1台德国西门子公司的医用质子/重离子加速器商业装置，并于2015年5月投入使用，已累计治疗肿瘤患者约2000人。目前，国外大型医疗企业正在我国推销医用重离子和质子加速器，试图抢占中国市场。
但是，进口设备造价高昂，治疗费居高不下，更重要的是，中国高端医疗器械市场几乎全被国外企业垄断，这样的现状，令中国科技界感到不安。
“我国处于经济转型的重要战略机遇期，科技服务国家战略需求和经济社会发展，推动科研成果转化为现实生产力，打造新产业是中科院责无旁贷的使命。”中科院副院长张亚平说。
自1993年以来，中科院近代物理所通过先进加速器技术和核探测技术的研发、重离子束治疗相关生物学基础研究以及与相关医疗机构合作进行的临床前期研究积累，培养了一支高水平的重离子治疗技术人才队伍，掌握了相关核心技术。
而后历经26年研发，国内首台具有自主知识产权的医用重离子加速器——“碳离子治疗系统”终于问世。与国际上流行的治疗系统相比，中科院研发的碳离子治疗系统采用了回旋注入与同步主加速相结合的技术路线、电荷剥离注入、紧凑型同步加速器、多治疗模式和个性化治疗室布局等独特设计，突破了国外产品的专利壁垒，提高了性价比、降低了运行维护成本，实现了国产重离子治疗设备零的突破。
基础研究向医疗器械的跨越
“创新本身就是一个不确定的过程，也要承担一定的风险。”中科院院士詹文龙坦言，“近代物理所是做核物理的，要走到临床上去，不是一件容易事。”
如他所言，26年路漫且艰，苦乐参半。肖国青等人对建造大科学装置很熟悉，可这次他们要建的装置关乎人命，不是普通的科研装置，装置建完调出束流，并不能算任务完成，还需要按照医疗器械的要求进行检测、临床和审评审批。碳离子治疗系统是核技术在生命科学领域中的应用与发展，涉及核物理、加速器、生物、医学、影像学、电子学和人工智能等诸多学科，为此科研人员花了大量时间去学习医疗器械相关法规和标准，并贯彻实施，碳离子治疗系统才得以获批上市。
张亚平认为，国产碳离子治疗系统探索出了一条“基础研究→技术研发→产品示范→产业化应用”的全产业链自主创新之路。而此次获批医疗器械注册标志着我国有了自主品牌的重离子治疗设备，使我国高端医疗器械装备国产化迈出了新的步伐。
2016年，中科院设立“科技成果转移转化重点专项”（简称“弘光专项”）， 碳离子加速器及产业化作为首个项目获得立项资助，打通了成果最终走出实验室的“最后一公里”。
“国产碳离子治疗系统的获批上市，是大科学装置回报社会的典范，也是基础研究促进科技发展的典范。”正如肖国青所说的那样，在高端医疗器械国产化的道路上，中国科学家还将继续前行。
武威碳离子治疗系统同步加速器。（中科院近代物理所供图）
