圖：質子治療裝置360度旋轉機架
質子治療被全世界公認為療效最好、副作用最少的治療方法。但是，技術難度大、裝置成本高，限制了質子重離子治療的推廣和應用，造成“看病難、看病貴”的困擾。其中，旋轉機架已成為當前質子重離子治療裝置開發中的最主要瓶頸，也是“1個加速器+4個旋轉機架”中成本最高的環節。上海慶強實業有限公司、上海理工大學、中國航天科工集團上海浦東開發中心研發的國內首臺自主研發的質子治療裝置的核心部件之一質子治療裝置360度旋轉機架面世，這將推動質子治療裝置的生產全面實現國產化。國產化后的質子治療裝置體積將更小、性價比將更高、可惠及更多的腫瘤患者，真正造福于民。
質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殺手之一。手術、化療、放療是治療癌癥的三大手段，質子重離子放射治療就是其中最有力的武器。很多醫學從業者認為質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胞的同時，也殺死正常細胞，因而會帶來一系列的副作用，對身體正常組織有一定的損害的，甚至會有病人抗不住這些副作用而使治療失敗。據介紹，質子重離子治療癌癥的原理為：質子或碳離子經由同步加速器加速至約70%的光速時被引出射入人體，在達到病灶后，射線會瞬間釋放大量的能量（“布拉格峰”的能量釋放軌跡），對癌細胞進行“立體定向爆破”，不傷害或極少傷害腫瘤前的正常細胞組織，而腫瘤后面的正常細胞組織則不會有任何傷害。
質子治療的適應癥比較廣泛，對于腦部良惡性腫瘤、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，美國加州大學的科研人員便進行了世界上第一例質子治療。幾十年后的今天，美國每年有上萬人接受質子治療。國外臨床治療數據表明，質子治療腫瘤有效率達到95%以上，五年存活率高達85%以上。
高質量、低成本的360度旋轉機架成質子重離子治療推廣“攔路虎”
由于質子重離子治療獨特的物理學和生物學優勢，質子重離子治療正成為世界各國腫瘤治療和研發的前沿陣地。據不完全統計，全球范圍內至少已有65臺質子重離子治療裝置正在運行，而且至少有34臺質子重離子治療裝置正在建設或準備建設中。據不完全統計，截止到2016年3月中國大陸及港澳臺擬投資質子重離子項目的醫院名單就有57家。
近日，中國政府網發布了《國務院辦公廳關于促進醫藥產業健康發展的指導意見》全文，其中“質子/重離子腫瘤治療”被寫入了“加快醫療器械轉型升級”的章節。科技部日前發布“精準醫學研究”重點專項2016年度申報指南中，就包括了質子、重離子和光子的精準放療相關研究項目。今年美國白宮發布新聞，宣布要大力發展質子治療，將透過國家癌癥研究院及能源部的合作，讓質子治療設備能更小、更便宜、更普及。這些信息都透露出質子重離子治療將成為未來放射治療腫瘤的主要趨勢。
盡管質子重離子治療有其獨特的物理學和生物學優勢，但體積龐大、技術難度高且價格不菲，高昂的成本成為質子重離子治療推廣應用的最主要瓶頸。在業內人士看來，質子重離子治療裝置結構復雜，跨行業多，除旋轉機架外的其他部件開發相對成熟，目前質子重離子治療裝置的“1+4”常規配置已使旋轉機架成本超過加速器成本。所以，高質量、低成本的旋轉機架是質子重離子治療推廣應用的關鍵。
目前質子重離子治療只能一個方向照射，為進一步減少這部分傷害，所以治療時要從若干個不同方向（如把總劑量分成多個輻射方向）轟擊腫瘤，從而使得正常細胞組織受到的劑量大幅度降低。旋轉機架的作用正是如此：支撐粒子束流從不同的角度照射至病灶，對腫瘤實行“立體定向爆破”。
4個旋轉機架已經成為質子重離子治療裝置的“標準配置”。對于質子重離子治療裝置`而言，擁有高質量的旋轉機架（能夠將粒子束從多個放射方向輸送到靶的旋轉束輸送系統）后，同樣時間段內可以治療的患者數量，可能會為無旋轉機架條件下治療患者數量的10倍以上。因而，平均治療費用也就可以大幅度降低。以中國臺灣的長庚醫院質子治療裝置為例，因其配有四個旋轉機架，每天可以治療近百名患者，目前上海質子重離子醫院的粒子治療設備在沒有配旋轉機架的情況下，每年治療的患者人數約為300人。
自主研發360度旋轉機架助力精準治療
目前國內還沒有360度的旋轉機架，世界上成功應用的旋轉機架，其旋轉結構主要采用多個承重圓柱來支撐旋轉機架的后環來實現旋轉。由于后環表面和圓柱筒表面都要承受很大的壓力和摩擦力，因此這兩個接觸表面只能采用裸露的鋼導軌面，為防止生銹，整個治療室就必須保持高要求的濕度，維護成本很高。
圖：質子治療裝置360度旋轉機架
360°的旋轉機架包含束流輸運磁鐵和治療頭，體積龐大，總質量超過百噸。為保證“精準治療”的精度要求，對旋轉精度要求極高，同時需具備較高的穩定性，技術難度相當大，就是這些要求，使質子重離子治療用的旋轉機架成本居高不下。
上海慶強實業有限公司、上海理工大學、中國航天科工集團上海浦東開發中心積極貫徹落實軍民融合發展戰略，自主研發成功高精度、高穩定性、高性價比的質子治療裝置360°旋轉機架，位置精度達到了<1mm，破解了質子重離子束用于實體瘤的精準治療的核心技術和工程難題，為“健康中國”的建設提供了科技支撐。
據上海慶強實業有限公司董事長華慶強介紹，慶強實業研發的質子治療裝置360°旋轉機架實現了當前最高的精度，“等中心”精度比國外“采用多個承重圓柱來支撐旋轉機架的后環來實現旋轉”的要高出十倍，“角度定位精度”要高出百倍，精準度誤差不超過2根頭發絲的寬度；采用獨有的“全環抱式封閉導軌”結構，沒有裸露的鋼導軌面，表面不生銹，整個治療室也不用保持高要求的濕度，避免了國際上現有的“采用多個承重圓柱來支撐旋轉機架的后環來實現旋轉”方案的局限性，達到了制造成本及維護成本的雙降低。
為了保證能開發成功高質量低成本的質子重離子旋轉機架，慶強實業有限公司技術團隊利用了其2010年設計，在2014年研制成功并正式投入使用的國內第一臺“超大超精密圓筒旋轉類機架智能制造單元”（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），這是目前國際上及國內均未出現的世界上唯一設備，具有國際先進水平。
業內人士點評，慶強實業有限公司研發的質子治療裝置360°旋轉機架為質子治療設備能更小、更輕、更經濟，和普及推廣打下了堅實基礎，成為國內該領域中的領頭羊。