圖：質(zhì)子治療裝置360度旋轉(zhuǎn)機(jī)架
質(zhì)子治療被全世界公認(rèn)為療效最好、副作用最少的治療方法。但是，技術(shù)難度大、裝置成本高，限制了質(zhì)子重離子治療的推廣和應(yīng)用，造成“看病難、看病貴”的困擾。其中，旋轉(zhuǎn)機(jī)架已成為當(dāng)前質(zhì)子重離子治療裝置開(kāi)發(fā)中的最主要瓶頸，也是“1個(gè)加速器+4個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)架”中成本最高的環(huán)節(jié)。上海慶強(qiáng)實(shí)業(yè)有限公司、上海理工大學(xué)、中國(guó)航天科工集團(tuán)上海浦東開(kāi)發(fā)中心研發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)自主研發(fā)的質(zhì)子治療裝置的核心部件之一質(zhì)子治療裝置360度旋轉(zhuǎn)機(jī)架面世，這將推動(dòng)質(zhì)子治療裝置的生產(chǎn)全面實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。國(guó)產(chǎn)化后的質(zhì)子治療裝置體積將更小、性價(jià)比將更高、可惠及更多的腫瘤患者，真正造福于民。
質(zhì)子重離子治療腫瘤療效最好、副作用最少
在人類“奪命殺手榜”上，腫瘤已成為危害人類生命的最強(qiáng)殺手之一。手術(shù)、化療、放療是治療癌癥的三大手段，質(zhì)子重離子放射治療就是其中最有力的武器。很多醫(yī)學(xué)從業(yè)者認(rèn)為質(zhì)子重離子治療是治療腫瘤最安全和最有效的方法之一。
傳統(tǒng)的電子、X射線等放療，各種大小化療都不可避免地在消滅癌細(xì)胞的同時(shí)，也殺死正常細(xì)胞，因而會(huì)帶來(lái)一系列的副作用，對(duì)身體正常組織有一定的損害的，甚至?xí)胁∪丝共蛔∵@些副作用而使治療失敗。據(jù)介紹，質(zhì)子重離子治療癌癥的原理為：質(zhì)子或碳離子經(jīng)由同步加速器加速至約70%的光速時(shí)被引出射入人體，在達(dá)到病灶后，射線會(huì)瞬間釋放大量的能量（“布拉格峰”的能量釋放軌跡），對(duì)癌細(xì)胞進(jìn)行“立體定向爆破”，不傷害或極少傷害腫瘤前的正常細(xì)胞組織，而腫瘤后面的正常細(xì)胞組織則不會(huì)有任何傷害。
質(zhì)子治療的適應(yīng)癥比較廣泛，對(duì)于腦部良惡性腫瘤、脊髓腫瘤、腦血管疾病、頭頸部腫瘤、眼部病變、胸腹部腫瘤、兒科腫瘤以及其他疾病等均有較好的療效。1954年，美國(guó)加州大學(xué)的科研人員便進(jìn)行了世界上第一例質(zhì)子治療。幾十年后的今天，美國(guó)每年有上萬(wàn)人接受質(zhì)子治療。國(guó)外臨床治療數(shù)據(jù)表明，質(zhì)子治療腫瘤有效率達(dá)到95%以上，五年存活率高達(dá)85%以上。
高質(zhì)量、低成本的360度旋轉(zhuǎn)機(jī)架成質(zhì)子重離子治療推廣“攔路虎”
由于質(zhì)子重離子治療獨(dú)特的物理學(xué)和生物學(xué)優(yōu)勢(shì)，質(zhì)子重離子治療正成為世界各國(guó)腫瘤治療和研發(fā)的前沿陣地。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球范圍內(nèi)至少已有65臺(tái)質(zhì)子重離子治療裝置正在運(yùn)行，而且至少有34臺(tái)質(zhì)子重離子治療裝置正在建設(shè)或準(zhǔn)備建設(shè)中。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止到2016年3月中國(guó)大陸及港澳臺(tái)擬投資質(zhì)子重離子項(xiàng)目的醫(yī)院名單就有57家。
近日，中國(guó)政府網(wǎng)發(fā)布了《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》全文，其中“質(zhì)子/重離子腫瘤治療”被寫(xiě)入了“加快醫(yī)療器械轉(zhuǎn)型升級(jí)”的章節(jié)。科技部日前發(fā)布“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究”重點(diǎn)專項(xiàng)2016年度申報(bào)指南中，就包括了質(zhì)子、重離子和光子的精準(zhǔn)放療相關(guān)研究項(xiàng)目。今年美國(guó)白宮發(fā)布新聞，宣布要大力發(fā)展質(zhì)子治療，將透過(guò)國(guó)家癌癥研究院及能源部的合作，讓質(zhì)子治療設(shè)備能更小、更便宜、更普及。這些信息都透露出質(zhì)子重離子治療將成為未來(lái)放射治療腫瘤的主要趨勢(shì)。
盡管質(zhì)子重離子治療有其獨(dú)特的物理學(xué)和生物學(xué)優(yōu)勢(shì)，但體積龐大、技術(shù)難度高且價(jià)格不菲，高昂的成本成為質(zhì)子重離子治療推廣應(yīng)用的最主要瓶頸。在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，質(zhì)子重離子治療裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，跨行業(yè)多，除旋轉(zhuǎn)機(jī)架外的其他部件開(kāi)發(fā)相對(duì)成熟，目前質(zhì)子重離子治療裝置的“1+4”常規(guī)配置已使旋轉(zhuǎn)機(jī)架成本超過(guò)加速器成本。所以，高質(zhì)量、低成本的旋轉(zhuǎn)機(jī)架是質(zhì)子重離子治療推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。
目前質(zhì)子重離子治療只能一個(gè)方向照射，為進(jìn)一步減少這部分傷害，所以治療時(shí)要從若干個(gè)不同方向（如把總劑量分成多個(gè)輻射方向）轟擊腫瘤，從而使得正常細(xì)胞組織受到的劑量大幅度降低。旋轉(zhuǎn)機(jī)架的作用正是如此：支撐粒子束流從不同的角度照射至病灶，對(duì)腫瘤實(shí)行“立體定向爆破”。
4個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)架已經(jīng)成為質(zhì)子重離子治療裝置的“標(biāo)準(zhǔn)配置”。對(duì)于質(zhì)子重離子治療裝置`而言，擁有高質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)機(jī)架（能夠?qū)⒘Ｗ邮鴱亩鄠�(gè)放射方向輸送到靶的旋轉(zhuǎn)束輸送系統(tǒng)）后，同樣時(shí)間段內(nèi)可以治療的患者數(shù)量，可能會(huì)為無(wú)旋轉(zhuǎn)機(jī)架條件下治療患者數(shù)量的10倍以上。因而，平均治療費(fèi)用也就可以大幅度降低。以中國(guó)臺(tái)灣的長(zhǎng)庚醫(yī)院質(zhì)子治療裝置為例，因其配有四個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)架，每天可以治療近百名患者，目前上海質(zhì)子重離子醫(yī)院的粒子治療設(shè)備在沒(méi)有配旋轉(zhuǎn)機(jī)架的情況下，每年治療的患者人數(shù)約為300人。
自主研發(fā)360度旋轉(zhuǎn)機(jī)架助力精準(zhǔn)治療
目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有360度的旋轉(zhuǎn)機(jī)架，世界上成功應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)機(jī)架，其旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)主要采用多個(gè)承重圓柱來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)機(jī)架的后環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。由于后環(huán)表面和圓柱筒表面都要承受很大的壓力和摩擦力，因此這兩個(gè)接觸表面只能采用裸露的鋼導(dǎo)軌面，為防止生銹，整個(gè)治療室就必須保持高要求的濕度，維護(hù)成本很高。
圖：質(zhì)子治療裝置360度旋轉(zhuǎn)機(jī)架
360°的旋轉(zhuǎn)機(jī)架包含束流輸運(yùn)磁鐵和治療頭，體積龐大，總質(zhì)量超過(guò)百噸。為保證“精準(zhǔn)治療”的精度要求，對(duì)旋轉(zhuǎn)精度要求極高，同時(shí)需具備較高的穩(wěn)定性，技術(shù)難度相當(dāng)大，就是這些要求，使質(zhì)子重離子治療用的旋轉(zhuǎn)機(jī)架成本居高不下。
上海慶強(qiáng)實(shí)業(yè)有限公司、上海理工大學(xué)、中國(guó)航天科工集團(tuán)上海浦東開(kāi)發(fā)中心積極貫徹落實(shí)軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略，自主研發(fā)成功高精度、高穩(wěn)定性、高性價(jià)比的質(zhì)子治療裝置360°旋轉(zhuǎn)機(jī)架，位置精度達(dá)到了<1mm，破解了質(zhì)子重離子束用于實(shí)體瘤的精準(zhǔn)治療的核心技術(shù)和工程難題，為“健康中國(guó)”的建設(shè)提供了科技支撐。
據(jù)上海慶強(qiáng)實(shí)業(yè)有限公司董事長(zhǎng)華慶強(qiáng)介紹，慶強(qiáng)實(shí)業(yè)研發(fā)的質(zhì)子治療裝置360°旋轉(zhuǎn)機(jī)架實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前最高的精度，“等中心”精度比國(guó)外“采用多個(gè)承重圓柱來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)機(jī)架的后環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)”的要高出十倍，“角度定位精度”要高出百倍，精準(zhǔn)度誤差不超過(guò)2根頭發(fā)絲的寬度；采用獨(dú)有的“全環(huán)抱式封閉導(dǎo)軌”結(jié)構(gòu)，沒(méi)有裸露的鋼導(dǎo)軌面，表面不生銹，整個(gè)治療室也不用保持高要求的濕度，避免了國(guó)際上現(xiàn)有的“采用多個(gè)承重圓柱來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)機(jī)架的后環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)”方案的局限性，達(dá)到了制造成本及維護(hù)成本的雙降低。
為了保證能開(kāi)發(fā)成功高質(zhì)量低成本的質(zhì)子重離子旋轉(zhuǎn)機(jī)架，慶強(qiáng)實(shí)業(yè)有限公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)利用了其2010年設(shè)計(jì)，在2014年研制成功并正式投入使用的國(guó)內(nèi)第一臺(tái)“超大超精密圓筒旋轉(zhuǎn)類機(jī)架智能制造單元”（集“增料加工”、“減料加工”和“熱處理”等大件所有加工功能于一身的工作母機(jī)），這是目前國(guó)際上及國(guó)內(nèi)均未出現(xiàn)的世界上唯一設(shè)備，具有國(guó)際先進(jìn)水平。
業(yè)內(nèi)人士點(diǎn)評(píng)，慶強(qiáng)實(shí)業(yè)有限公司研發(fā)的質(zhì)子治療裝置360°旋轉(zhuǎn)機(jī)架為質(zhì)子治療設(shè)備能更小、更輕、更經(jīng)濟(jì)，和普及推廣打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，成為國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域中的領(lǐng)頭羊。