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据人民日报8月16日报道，我国首台具备自主知识产权的重离子治疗肿瘤专用装置（即医用重离子加速器/碳离子治疗系统）成功应用，至此，我国成为全球继美国、日本和德国之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。
该系统安装于甘肃省武威市，设备仅注册检验就历时两年，先后完成了电磁兼容、性能检测、安规、电器安全等1300多个组件检验，融合了加速器、核探测、医学诊疗等相关技术，提供碳离子束用于恶性实体肿瘤的治疗。2012年5月开工建设，历时8年，才完成出束、检测、临床试验治疗等一系列工作。目前该专用装置由中科院近代物理研究所及其产业化公司研制和运行维护，武威肿瘤医院负责临床运营。
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医用重离子治疗的巨大优势
作为一种物理治疗手段，放射治疗已有100多年历史。在放疗“1.0时代”，最常使用的射线是X射线，还有我们熟悉的伽马射线，它们都被称为传统放疗射线（光子放疗）。在对抗癌细胞时，传统射线由于无法主动辨别正常细胞和癌细胞，易引发并发症，造成“杀敌一千，自损八百”的现象。令人振奋的是，“重离子束”的发现及应用解决了这一难题。
X射线、伽马射线、质子及重离子射线相对吸收量差别
1903年，英国物理学家威廉·亨利·布拉格（William·Henry Bragg）与克里曼（Kleeman）在实验中观测到带电粒子束进入物质后，会在某个深度形成一个剂量高峰，科学界称之为“Bragg峰”，中文译为“布拉格峰”。
1946年，美国人威尔逊首次提出用布拉格峰进行肿瘤放疗，他认为，带电粒子束进入人体后不会像传统射线那样在沿途不断地释放能量，而会在某一特定深度（即肿瘤部位）释放几乎全部的能量。这就意味着，带电粒子束比传统放疗所使用的X射线、伽马射线更具优势。同样在美国，1975年劳伦斯伯克利实验室(LBNL)实践了首例使用重离子束对肿瘤放疗的案例。此后，日本、德国、中国相继开展重离子束治疗肿瘤的研究。那么，这个叫重离子束的新一代“杀手”，对肿瘤治疗都有哪些优势呢？重离子束在穿越生物组织的过程中，沉积的剂量较小（坪区），也就是说在穿透过程中，重离子束只是路过并不施加伤害，这样的话，正常细胞终于可以不再躺枪，有利于保护正常组织和关键器官；当它到达癌细胞时，才开始放大招杀敌，就是所谓的剂量主要沉积在射程末端（峰区），这个现象就是前文提到的“布拉格峰”。
因此可以通过调节重离子的能量，使布拉格峰精确落在肿瘤处，从而进行精准杀灭，同时关爱健康组织。值得指出的是，布拉格峰现象是重离子束的自身属性，简直是射线界“天使”。
当重离子束进入生物组织后，在“峰区”，也就是癌细胞聚集的地方，沉积的能量密度高，能量密度高就代表着强大的杀伤力，这会使得癌细胞DNA产生双链断裂的比例较高。双键断裂了，癌细胞再想恶性繁殖也是很难很难了……
此外，重离子相对生物学效应比常规光子射线的要高约3倍。因而，重离子束对癌细胞的“杀伤力”更大，治疗次数相应减少，从而缩短治疗周期。
大量证据表明，肿瘤生长于特有的异常血供系统，从而导致对肿瘤细胞的供氧和养分不足，称之为乏氧细胞。与常规光子放疗不同，重离子束对肿瘤细胞的杀伤不依赖于氧的存在。因为重离子主要是通过电离形成的高密度二次电子的电离作用导致DNA双键断裂来杀灭癌细胞，重离子的氧增比小，可用于治疗供血不足的乏氧肿瘤。
重离子束在与生物组织的原子核相互作用后会产生正电子发射体，利用正电子发射体层技术（PET）进行外部成像，并与治疗计划的CT图像比对，可以对重离子束照射到体内肿瘤的剂量分布进行在线验证，保证治疗的安全性。
所以相对于传统光子治疗，重离子放疗具有精度高、疗程短、疗效好、副作用小的巨大优势，特别是对于不宜手术、对常规射线不敏感、常规射线治疗后复发的部分肿瘤，均可接受重离子束的治疗。因此，由于自身独特的物理和生物学特性，重离子束被认为是21世纪最理想的放疗射线，通常选碳离子束作为重离子放疗射线。
国内首台医用重离子加速器
我国在重离子领域的技术积累长达60余年，从“一五”期间中科院近代物理所建设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，依托历代大科学工程和大科学装置，我国重离子研究呈现良好的发展局面。重离子治疗兴起于上世纪90年代，当前已成为全球放疗领域的前沿和热点。依托雄厚的基础研究支撑和原创成果积累，1993年起，科研人员将目光投向重离子治疗癌症。2006年11月开始了浅表层肿瘤碳离子束治疗的临床试验研究，到2009年3月，共对8批103例浅表层肿瘤患者进行了试验治疗，取得了显著的临床治疗效果。
在此基础上，中科院近物所利用同步加速器深层肿瘤治疗终端，从2009年4月开始深层肿瘤临床试验并取得了显著效果，2012年5月武威重离子项目开工建设。武威重离子项目于2018年7月取得辐射安全许可证；碳离子治癌专用装置2018年11月开始临床试验。2019年5月25日完成临床试验，效果良好。2019年10月，“碳离子治疗系统”获批第三类医疗器械产品注册，11月武威肿瘤医院取得碳离子放射治疗系统配置许可证。2020年3月国内首台“碳离子治疗系统”在武威正式投入临床应用，武威重离子中心碳离子治疗系统包括中央控制室、物理计划室、中控大厅、配电室及电源间，配备4个治疗室。
“根据患者病种的不同，重离子治疗的时间和次数也不同。从目前完成治疗患者的临床随访结果来看，疗效显著，患者的病情得到有效控制。”武威肿瘤医院院长叶延程介绍，截至目前，中心共治疗患者375例（包括临床试验患者），治疗病种涵盖中枢神经系统肿瘤、头颈部和颅底肿瘤、胸腹部肿瘤、盆腔肿瘤等。
同时，位于兰州、莆田、武汉、杭州的4台医用重离子加速器正在建设当中。未来，国产医用重离子加速器将会造福更多患者。
2020年1月21日，获得重离子医疗收费许可，经甘肃省医保局批准，现定价为每疗程26万元，重离子治疗每个疗程需要10~16次，每次需要30~40分钟，实际出射线只有5~8分钟。大部分时间花费在定位、摆位上，精准的摆位技术可使患者获得很好的治疗效果。另外，国产重离子治疗装置同步加速器的周长只有56.2米，是目前世界上所有医用重离子加速器中周长最短的同步加速器系统，有利于医院减少投入。
目前重离子技术治癌尚未列入国家医保报销范畴，在去年全国政协大会上，全国政协委员、中国科学院近代物理研究所研究员、博士生导师蔡晓红提交了“将国产重离子治疗纳入医保”的提案，未来随着设备小型化、重离子治疗的普及，这一提案终有望落实。
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3下一步，将在全国落地
近年来，我国高端医疗器械95%以上依赖进口，医用重离子加速器实现国产化标志着我们打破了国外医疗器械的垄断地位，意义重大。更重要的是，目前我国癌症高发，国产医用重离子加速器的上市可以让肿瘤患者在得到更好治疗的同时，降低治疗成本，同时医用重离子加速器的国产化可以打造相关装备制造和运行服务等数千亿的产业。随着国产碳离子治疗系统的产业化和临床应用，它将带动集癌症精准治疗、高端装备制造和运行维护服务为一体的离子医疗产业，培育新的经济增长点，推动上下游企业技术水平提升，实现低端制造向中高端制造转型，使“国之重器”造福社会，产生显著的社会和经济效益，对实现“健康中国”和战略性新兴产业发展战略目标和任务具有重要意义。
下一步，国科离子医疗科技有限公司将推动国产重离子治疗装置在全国落地。中科院近代物理所产业化企业、国科离子医疗科技有限公司董事长马力祯说，除了已投入运营的武威重离子中心和将要开展临床试验的兰州重离子治疗装置，正在建设的还有其他城市的4台装置，另有多地也签订了合作协议。“建造布局将充分考虑人口和地理因素，将装置放在国家区域医疗中心，提升重离子治疗服务的可及性。”
曾担任中科院近代物理所所长的中科院兰州分院院长肖国青说，未来将继续研制更加小型的治疗装置，降低占地面积、治疗费用，借助人工智能、5G技术等手段升级改造设备，提升智能化水平。还将大力培养重离子治疗的人才队伍，精心培训更多一线放疗医生和放射物理师，让医用重离子加速器为更多患者服务。
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