AR看科技之一：走进超导质子治疗系统

超导质子医疗系统是目前高端医疗装备中最复杂的系统之一，致力于肿瘤治疗关键科学问题。对于脑部良恶性肿瘤、脊髓肿瘤、脑血管疾病、头颈部肿瘤、眼部病变、胸腹部肿瘤、儿科肿瘤等疾病均有较好的疗效。

作为一种新型的放疗技术，是目前国际公认的先进的肿瘤治疗方法。患者只需躺在床上，质子治疗系统便能瞄准肿瘤细胞，实现对癌细胞精准打击，具有治疗效果好、副作用小、患者恢复快的特点。

（图片来源：百度百科）

在此之前，我国在质子医疗领域缺少核心技术，核心部件都需要从国外质子医疗领先国家进口，在这种受制于人的情况下，中国科学院合肥研究院质子治疗系统研发团队历经五年，依靠对全超导托卡马克大科学装置所取得的科技成果进行转化，自主研发包括SC200、SC240等不同能量等级的超导质子治疗系统，于2021年3月顺利引出质子束流，实现了质子治疗系统的核心部件国产化。同年7月获得国家卫健委质子放疗系统准予许可，9月面向全国招募质子放疗临床研究志愿者。2022年2月首位鼻腔淋巴瘤患者经过质子放疗后病灶消除。

（图片来源：百度百科）

我国自研的超导质子医疗系统究竟领先在哪里？这都归功于它的几大关键部件，其中包括治疗端系统、运输线系统、选能段及加速器系统。

治疗端系统：为将加速器引出的束流扩展成较大且均匀的质子流，覆盖所有肿瘤横向面积，需要有一个束流配送系统。为了将质子流形成一个扩展布拉格峰，能照射到肿瘤的整个纵向深度，需要有一个束流能量调制器。所有这类专用功能的部件，共十多种都装在治疗头内。例如：

① 降能器：用于较大幅度降低质子能量，常用的降能器是一个石墨柱体，外加不锈钢壳作为保护。

② 转动调制器：用于质子束的射程调制。

③ 二进制调能器：用于射程细调。

④ 射程补偿器：确保扩展Bragg峰后沿恰好落在靶区后方边界上。

⑤ 散射系统：目前运用最广泛的束流扩展系统，其中单散射系统只适用于照射野很小的情况，大量应用的都是双散射系统。

⑥ 准直器：用于限制照射野，一般配有射程监测器监测质子射程。

⑦ 定位系统：用于使质子束精确地辐射在肿瘤病灶部位。

运输线系统：束流通过输运线系统传输到治疗室，然后患者在治疗室接受质子治疗。由四级铁和二极铁等部件组成，四极铁能将束流聚焦，二极铁可以改变束流的方向，使束流发生偏转。束流在传输的过程中，会出现发散的情况，因为束流的速度达到光速的60%，很难控制。必须通过多个一组的四极铁进行约束。

选能段：质子治疗时要根据肿瘤本身深度和厚度用不同能量的质子，而回旋加速器引出的质子流能量是固定的，因此要在加速器与治疗头之间有一个能量选择系统，这个系统由降能器与离子光学用的各种磁铁与测量元件所组成。当质子通过石墨层时，石墨厚度大则降低的能量越大，故用不同的厚度就可以得到不同的降能。当加速器引出的230MeV 固定能量的质子进入能量选择系统，通过调节降能器的不同厚度，就可以在输出端得到从 70MeV 到 230MeV 连续可调的不同能量的质子流。

加速器系统：加速器是整个系统的心脏，是产生质子束流的地方，束流通过电磁场的作用，被加速到光速的60%左右，引出加速器。

该国产化系统研制成功并正式投入使用后，将有望降低国内患者的治疗成本，提高患者治疗期间的生活水平。同时，将提升我国高端医疗设备的治疗和产业化水平。

这么精密的仪器到底是怎么治疗肿瘤的呢？由于癌细胞分裂率高，修复受损DNA的能力低，其DNA特别容易受到攻击，所以质子治疗瞄准肿瘤细胞的DNA进行精准打击。当DNA上的大量基因被破坏到无法修复时，肿瘤细胞就会停止分裂或死亡，起到治疗肿瘤的效果。与传统的放射治疗相比，传统的放射治疗光子进入人体后辐射剂量变大，使得正常的组织也受到大剂量的照射，患者会发生呕吐、眩晕、恶心、组织机能损伤甚至复发肿瘤，而质子治疗利用质子直线加速，进入人体后大部分能量集中在射程末端，形成一个尖锐的能量峰，称为布拉格峰。布拉格峰可以准确瞄准并杀死癌变细胞且不损伤周围正常组织，从而达到良好的治疗效果。