質子治療旋轉機架研究現狀及前景

谷鵬飛

摘 要：腫瘤是一種能夠對人類健康及生命產生嚴重威脅的疾病，多年以來，我們在腫瘤治療方面的研究投入了大量的精力，研究發(fā)現，與傳統的治療方法相比，質子治療更具優(yōu)勢。旋轉機架作為質子治療裝置的治療終端，其研究關系到患者的最終治療效果。目前，國內外都在積極研發(fā)各種類型的旋轉機架，我國雖起步較晚，但是已迎頭趕上，國產旋轉機架的發(fā)展前景一片光明。

關鍵詞：質子治療 旋轉機架 研究現狀 前景

中圖分類號：R73 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（c）-0221-02

癌癥的質子治療，主要是通過加速器對質子進行加速，再使用偏轉磁鐵控制質子束的傳輸方向，最后使用旋轉機架調節(jié)質子束治療角度，以實現質子束對腫瘤部位的精準治療。相比于傳統的X光放射療法，質子束對于人體的傷害更小，而作為治療終端關鍵部件的旋轉機架，對于調整治療精度和角度，有著非常重要的作用，其研究對于實現質子治療國產化有著巨大的推動作用和非凡的意義。

1 質子治療原理

射線治療，主要包括電子射線、伽馬射線以及質子射線，質子射線治療與其它兩種射線治療方式具有顯著的不同。質子治療的吸收劑量首先進行緩慢的上升，之后其速度逐漸加快，在超過峰值之后，又開始急速下降并趨于零，這一種物理特性，被我們稱為“布拉格峰”，這種特性使得照射能量集中在腫瘤的病灶上而對周圍正常細胞傷害很小甚至無傷害。這樣不但可以減少治療的副作用，而且還可以減少治療次數

2 質子治療裝置的組成

2.1 質子加速器

為了保障質子束射入患者體內的能量充足，且能夠對癌細胞進行有效的破壞，所以我們需要配合使用70～230Mev質子加速器。

2.2 束流輸運線

束流輸運線采用真空輸送管道，以避免質子束與空氣中的雜質發(fā)生碰撞，同時配置聚焦磁鐵和偏轉磁鐵。

2.3 能量選擇系統

能量選擇系統調節(jié)質子束的能量強度，以滿足不同深度腫瘤病灶的照射需求。

2.4 旋轉機架

在患者接受質子治療的時，質子束也能夠對患者的正常細胞產生傷害，所以要通過旋轉機架的實現質子束從不同的角度射入患者病灶，減少其對正常細胞的作用。

2.5 CBCT患者精準定位系統

在治療室中，還應有CBCT患者精準定位系統對患者腫瘤部位周圍的CT圖像進行重建，該圖像可以與患者進行治療之前的CT圖片進行對比，從而對患者的位置誤差進行精準的修正。

3 質子治療旋轉機架

質子治療旋轉機架主要由以下部件組成。

3.1 偏轉磁鐵

旋轉機架上的偏轉磁鐵可以調整質子束流的方向，使束流準確地射入患者的腫瘤病灶部位。通過對磁鐵類型和數量進行科學合理的配置，可以使旋轉機架的整體設計質量得到提高。

3.2 配重

在旋轉機架的一端固定有輸運線，整體易出現質量偏心，而產生偏心力矩，此時驅動旋轉機架相對困難。因此須在輸運線的對稱位置上設計配重，以保障旋轉機架的整體質心處于回轉中心線上。

3.3 治療頭

加速器產生的質子束流性能可能難以滿足腫瘤靶點的劑量需求，所以我們需要對其能量流強、能散、發(fā)射度等性能進行相應的轉換，并且在進行治療過程中，需要將質子流的截面進行橫向的拓展，并且不同的拓展方法還能夠對治療頭部件的設計產生影響。就目前為止，在全世界范圍內應用范圍較為廣泛的，是筆形束掃描法，也就是需要在治療頭的內部放置兩個二級磁鐵，通過磁場的變化，促使漱流進行相應的偏轉運動，并能夠形成進行治療所需的照射野。

3.4 機架本體

旋轉機架的機架本體，主要就是對各個功能部件的重量進行承受，所以需要其具有一定的剛度，以保障變形的誤差不會超出規(guī)定的允許范圍，并且將旋轉支架置于滾輪之上，能夠在一定的角度范圍內進行順利旋轉，從而實現質子束從不同角度射入患者腫瘤病灶，以減少對患者正常細胞的損傷。

3.5 滾輪支撐

為了保障旋轉機架的平穩(wěn)，我們需要在機架本體提供兩組滾輪進行支撐，在機架進行轉動時，滾輪表面需要對相應的壓力以及摩擦力進行承受。

4 質子治療旋轉機架的前景分析及發(fā)展意義

4.1 前景分析

20世紀40年代，應用質子對腫瘤進行治療的治療方式在美國首次被提出，之后迅速得到了哈佛大學以及美國多家著名醫(yī)院的重視，并由芝加哥費米國家加速器實驗室成功研制的質子治療旋轉機架，為質子治療腫瘤打下重要基礎。至20世紀90年代，質子治療在歐洲得到了良好的發(fā)展，瑞士保羅謝弗勒研究所進一步創(chuàng)新了旋轉機架并首創(chuàng)了質子治療的點掃描法；同時在日本，已經發(fā)展了數十家質子治療專用醫(yī)院；時至今日，世界各國均已加強了對質子治療旋轉機架研發(fā)的重視，質子治療旋轉機架在國內乃至國際上具有良好的發(fā)展前景。

我國的質子治療起步相對較晚，但是其在我國的發(fā)展十分迅速。2001年，我國首次將質子治療引進國內，僅僅經過15年，2016年我國的相關研究就打破了國外對該項技術的壟斷，并在2018年11月完成了首臺國產質子治療旋轉機架的調試應用，極有可能促使質子治療設備整體價格的下降以及維護費用的大幅度降低。就目前的情況來看，我國社會各界已經對質子治療投入了越來越多的關注，我國的相關研究也得到了高速的發(fā)展，與發(fā)達國家的差距正在逐步縮小。

4.2 發(fā)展意義

目前根據國內外相關調研，質子治療旋轉機架的研發(fā)對于實現質子治療的國產化有巨大的推動作用，對于國內癌癥療法的變革有著非凡的意義，更是響應了國家共筑“健康夢”的發(fā)展需要。

5 結語

質子治療在我國雖然沒有經過悠久的發(fā)展，但是已經能夠對我國腫瘤患者起到良好的治療效果，所以對于質子治療以及其旋轉機架，我們還需進行深入研究，以促使質子治療的效果得到提高。

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