放疗|“重器”探秘武威|设备|离子|加速器|延程

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。整套治疗系统由中国科学院近代物理研究所及其产业化公司研制，由甘肃省武威肿瘤医院负责临床运营。项目的成功完成，实现了世界最大型医疗器械的国产化，使我国成为继美国、德国、日本后，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。

文章图片

坐落在兰州重离子医院内的重离子加速器
01
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，采访人员只得来到同样拥有重离子治疗系统的兰州重离子医院一探究竟。
兰州重离子医院内的一座三层小楼外观显得平平无奇，但当采访人员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型或者圆形。走在其中，仿佛穿梭于梅花桩之间。
“我们从源头来看吧。 ”工作人员看出了采访人员的惊讶，领着采访人员来到了一个橙色的“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？采访人员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所连接，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。
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。 “离子一秒内要跑300多万圈，每一圈都在加速，所受到的阻力可想而知，因此离子所在的轨道内必须完全真空，让离子加速起来没有阻力，才能够达到预想的速度。 ”
采访人员爬上楼梯向下俯视，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。
目前，治疗肿瘤的方式主要有手术、化疗和放疗。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，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。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楚，因此重离子放疗是目前国际上公认的较先进的放疗方法。
事实上，我国关于重离子加速器的技术研究已有60余年。中科院近代物理研究所研究员、国科离子医疗科技有限公司董事长马力祯介绍，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。