劉鵬

摘 要：目的：介紹醫(yī)用質(zhì)子加速器的原理、技術(shù)優(yōu)勢和質(zhì)子治療在國內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀。方法：以IBA研發(fā)的CYCIAE-235加速器為例，講述其加速器設(shè)備構(gòu)造和產(chǎn)生的質(zhì)子束在治療腫瘤上面的優(yōu)勢。結(jié)果：質(zhì)子加速器以其獨特的優(yōu)勢和穩(wěn)定性使得其在國內(nèi)的發(fā)展前景將會非常樂觀，醫(yī)療應(yīng)用將會更為普遍。結(jié)論：當前的常規(guī)治療方法已無法控制癌癥的擴散，必須采用更先進的治療方法，質(zhì)子加速器的醫(yī)療應(yīng)用開辟了癌癥治療的新途徑。采用質(zhì)子放療方法治療癌癥腫瘤疾病，標志著我國腫瘤醫(yī)療將達到世界先進水平。

關(guān)鍵詞：加速器；質(zhì)子束；醫(yī)療應(yīng)用

產(chǎn)生質(zhì)子的加速器有很多種，這里主要以醫(yī)用回旋加速器[1]為主介紹質(zhì)子加速器的組成和原理以及在國內(nèi)的應(yīng)用。

1 結(jié)構(gòu)

下面是IBA研發(fā)的CYCIAE-235加速器。

醫(yī)用質(zhì)子回旋加速器由真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、磁鐵系統(tǒng)、離子源、高頻系統(tǒng)、束流監(jiān)測配送系統(tǒng)、治療應(yīng)用系統(tǒng)和安全聯(lián)鎖系統(tǒng)組成。其中核心部分就是上圖所示的主磁鐵。主磁鐵采用了深谷型結(jié)構(gòu)，它綜合了分離扇型回旋加速器和緊湊型回旋加速器的優(yōu)點。磁鐵由完全對稱的4個扇形磁鐵葉片（上下共8片），上下蓋板和磁軛組成，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。磁鐵重220噸，8個葉片位于真空室內(nèi)。上下蓋板為真空的組成部分，并與磁軛構(gòu)成磁閉合通路，同時真空室內(nèi)部的射線構(gòu)成了局部屏蔽，有效減少了加速器周圍的放射性劑量。整個主磁鐵分成上、下兩大部分，上蓋板與上面的4個磁極葉片連接在一起，可以用安裝在磁軛堆成兩側(cè)的液壓舉升裝置舉起，以便真空室內(nèi)部部件的安裝、更換和維修。

2 原理和質(zhì)子射線特性

主磁鐵的中心部分為離子源，離子源使用的氣體為H2，由氫氣發(fā)生器在主磁鐵底部產(chǎn)生并通過管道送到離子源燈絲室，燈絲加高壓產(chǎn)生電子進一步電離H2產(chǎn)生質(zhì)子H+，主磁鐵中心加引出電壓把質(zhì)子引出，同時經(jīng)過分離扇型結(jié)構(gòu)的磁極間隙進行加速，當質(zhì)子能量達到235MeV時被引出。235MeV的質(zhì)子射線可以穿透300mm的人體組織，基本可以治療全身各深度的腫瘤[2]。

在諸多的放射線治療設(shè)備中，醫(yī)用直線加速器產(chǎn)生的X射線和電子束其物理劑量分布和生物效應(yīng)都在不同程度上傷害腫瘤附近的正常細胞，而且劑量的有效利用率也低；中子和負π粒子的生物效應(yīng)雖好，但物理劑量分布不好，對正常組織損害過大，都不是理想的治療方法[3]。相比之下，質(zhì)子加速器提供的質(zhì)子束有突出的優(yōu)點。質(zhì)子束在人體中的能量衰減，起初不大，后又快速上升形成一個峰值 （通常稱為Bragg峰），然后急速下降到零。這種Bragg峰的優(yōu)良劑量分布促使重離子的能量能集中在癌細胞處釋放。質(zhì)子束治療時將峰值部分對準腫瘤病灶處，腫瘤處受到最大的照射劑量，腫瘤前的正常細胞只受到1/3到1/2的峰值劑量，腫瘤后部的正常細胞基本上不受到傷害。此外，質(zhì)子束具有高的LET，導致高的相對生物學效應(yīng)RBE，使得質(zhì)子束坪區(qū)與Bragg峰區(qū)對生物體的作用表現(xiàn)出獨特的生物學效應(yīng)。這種物理特性和生物學特性決定質(zhì)子束治療比電子線、伽瑪射線和X射線要好[4]。

3 質(zhì)子治療發(fā)展現(xiàn)狀

質(zhì)子治療是當前醫(yī)學物理界的一大前沿熱點，是在二十世紀電子直線加速器腫瘤放療的基礎(chǔ)上，放療方法的一個新的質(zhì)的飛躍。 雖然人們早在二十世紀五十年代就己知道其原理，但是由于定位精度遠高于常規(guī)放療要求，對產(chǎn)生質(zhì)子的加速器技術(shù)指標，對腫瘤的定位診斷精度，對旋轉(zhuǎn)機架的等中心點精度，對計算機的快速數(shù)據(jù)傳輸，處理和醫(yī)用影像學等都有很高的要求。因而直到二十一世紀初，才得以在上世紀八十年代后發(fā)展起來的加速器應(yīng)用技術(shù)、計算機技術(shù)和CT影像診斷技術(shù)等高科技的基礎(chǔ)上逐步得到發(fā)展和推廣。質(zhì)子治療裝置是核技術(shù)、計算機技術(shù)、精密機械、圖像處理、數(shù)據(jù)通訊、自動控制和醫(yī)用影像、醫(yī)療方法、先進管理等高科技的相互交叉和整體集成的產(chǎn)物，是一個醫(yī)學和核技術(shù)的高科技工程，具有相當高的復雜性[5]。

目前的質(zhì)子治療的相關(guān)技術(shù)已發(fā)展得相當完善，使用可變光闌準直器與專用補償器等的適形治療和鉛筆束掃描治療法，已能將質(zhì)子控制得幾乎像“量體裁衣”一樣精確地消滅癌細胞而不傷及正常細胞。近幾十年來的質(zhì)子治療的巨大臨床成就，已使世界醫(yī)學界公認質(zhì)子治療（也包括性質(zhì)相類似的離子治療）是當前最先進的治癌癥方法。各先進國家的政府都以大力發(fā)展粒子治療作為強國健民的方針。近10年內(nèi)國內(nèi)山東一家民企已經(jīng)引進了質(zhì)子加速器并且嘗試了臨床治療；上海也引進了一款西門子研發(fā)的同步加速器，其性能更為優(yōu)越，既能產(chǎn)生質(zhì)子也能產(chǎn)生更為先進的重離子，預計2014年可以投入臨床使用。

4 結(jié)束語

自1946年威爾森提出質(zhì)子治療建議以來，全球已經(jīng)建設(shè)近40個專用質(zhì)子治療中心，已經(jīng)近8萬患者接受了治療，但是全球至今仍沒有出版過一本系統(tǒng)、全面的質(zhì)子治療加速器的科技工程書籍，嚴重阻礙了該先進治療技術(shù)的發(fā)展，國家有能力和條件去培養(yǎng)質(zhì)子治療方面的人才，建立一個長效的培養(yǎng)機制，把質(zhì)子加速器治療作為利國利民的民生工程，面對中國龐大的癌癥患病人群，爭取在2020年國家能有10家以上的質(zhì)子治療中心，讓更多的癌癥患者得到更好的治療，屆時中國的癌癥治療技術(shù)將會走在世界的前列。

參考文獻

[1]顧本廣.醫(yī)用加速器[M].北京：科學出版社，2003

[2]王書鴻等.質(zhì)子直線加速器原理[M].北京：原子能出版社，1986

[3]宋明濤等.重離子治療裝置研究[M].原子核物理評論，2001，18（2）：116-119

[4]馬林，周桂霞，馮林春.惡性腫瘤高LET（重離子、快中子）放射治療學[M].北京：軍事醫(yī)學科學出版社，2006，1-5.

[5]劉世耀.中國質(zhì)子治療展望[J].世界醫(yī)療器械，2000，6（9）：48-52.