質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架研究現(xiàn)狀及前景

谷鵬飛

摘 要：腫瘤是一種能夠?qū)θ祟惤】导吧a(chǎn)生嚴(yán)重威脅的疾病，多年以來(lái)，我們?cè)谀[瘤治療方面的研究投入了大量的精力，研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的治療方法相比，質(zhì)子治療更具優(yōu)勢(shì)。旋轉(zhuǎn)機(jī)架作為質(zhì)子治療裝置的治療終端，其研究關(guān)系到患者的最終治療效果。目前，國(guó)內(nèi)外都在積極研發(fā)各種類型的旋轉(zhuǎn)機(jī)架，我國(guó)雖起步較晚，但是已迎頭趕上，國(guó)產(chǎn)旋轉(zhuǎn)機(jī)架的發(fā)展前景一片光明。

關(guān)鍵詞：質(zhì)子治療 旋轉(zhuǎn)機(jī)架 研究現(xiàn)狀 前景

中圖分類號(hào)：R73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）11（c）-0221-02

癌癥的質(zhì)子治療，主要是通過(guò)加速器對(duì)質(zhì)子進(jìn)行加速，再使用偏轉(zhuǎn)磁鐵控制質(zhì)子束的傳輸方向，最后使用旋轉(zhuǎn)機(jī)架調(diào)節(jié)質(zhì)子束治療角度，以實(shí)現(xiàn)質(zhì)子束對(duì)腫瘤部位的精準(zhǔn)治療。相比于傳統(tǒng)的X光放射療法，質(zhì)子束對(duì)于人體的傷害更小，而作為治療終端關(guān)鍵部件的旋轉(zhuǎn)機(jī)架，對(duì)于調(diào)整治療精度和角度，有著非常重要的作用，其研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)質(zhì)子治療國(guó)產(chǎn)化有著巨大的推動(dòng)作用和非凡的意義。

1 質(zhì)子治療原理

射線治療，主要包括電子射線、伽馬射線以及質(zhì)子射線，質(zhì)子射線治療與其它兩種射線治療方式具有顯著的不同。質(zhì)子治療的吸收劑量首先進(jìn)行緩慢的上升，之后其速度逐漸加快，在超過(guò)峰值之后，又開(kāi)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(duì)周圍正常細(xì)胞傷害很小甚至無(wú)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(shù)

2 質(zhì)子治療裝置的組成

2.1 質(zhì)子加速器

為了保障質(zhì)子束射入患者體內(nèi)的能量充足，且能夠?qū)Π┘?xì)胞進(jìn)行有效的破壞，所以我們需要配合使用70～230Mev質(zhì)子加速器。

2.2 束流輸運(yùn)線

束流輸運(yùn)線采用真空輸送管道，以避免質(zhì)子束與空氣中的雜質(zhì)發(fā)生碰撞，同時(shí)配置聚焦磁鐵和偏轉(zhuǎn)磁鐵。

2.3 能量選擇系統(tǒng)

能量選擇系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)子束的能量強(qiáng)度，以滿足不同深度腫瘤病灶的照射需求。

2.4 旋轉(zhuǎn)機(jī)架

在患者接受質(zhì)子治療的時(shí)，質(zhì)子束也能夠?qū)颊叩恼＜?xì)胞產(chǎn)生傷害，所以要通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)架的實(shí)現(xiàn)質(zhì)子束從不同的角度射入患者病灶，減少其對(duì)正常細(xì)胞的作用。

2.5 CBCT患者精準(zhǔn)定位系統(tǒng)

在治療室中，還應(yīng)有CBCT患者精準(zhǔn)定位系統(tǒng)對(duì)患者腫瘤部位周圍的CT圖像進(jìn)行重建，該圖像可以與患者進(jìn)行治療之前的CT圖片進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)患者的位置誤差進(jìn)行精準(zhǔn)的修正。

3 質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架

質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架主要由以下部件組成。

3.1 偏轉(zhuǎn)磁鐵

旋轉(zhuǎn)機(jī)架上的偏轉(zhuǎn)磁鐵可以調(diào)整質(zhì)子束流的方向，使束流準(zhǔn)確地射入患者的腫瘤病灶部位。通過(guò)對(duì)磁鐵類型和數(shù)量進(jìn)行科學(xué)合理的配置，可以使旋轉(zhuǎn)機(jī)架的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量得到提高。

3.2 配重

在旋轉(zhuǎn)機(jī)架的一端固定有輸運(yùn)線，整體易出現(xiàn)質(zhì)量偏心，而產(chǎn)生偏心力矩，此時(shí)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)架相對(duì)困難。因此須在輸運(yùn)線的對(duì)稱位置上設(shè)計(jì)配重，以保障旋轉(zhuǎn)機(jī)架的整體質(zhì)心處于回轉(zhuǎn)中心線上。

3.3 治療頭

加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束流性能可能難以滿足腫瘤靶點(diǎn)的劑量需求，所以我們需要對(duì)其能量流強(qiáng)、能散、發(fā)射度等性能進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，并且在進(jìn)行治療過(guò)程中，需要將質(zhì)子流的截面進(jìn)行橫向的拓展，并且不同的拓展方法還能夠?qū)χ委燁^部件的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。就目前為止，在全世界范圍內(nèi)應(yīng)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(nèi)部放置兩個(gè)二級(jí)磁鐵，通過(guò)磁場(chǎng)的變化，促使漱流進(jìn)行相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并能夠形成進(jìn)行治療所需的照射野。

3.4 機(jī)架本體

旋轉(zhuǎn)機(jī)架的機(jī)架本體，主要就是對(duì)各個(gè)功能部件的重量進(jìn)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(huì)超出規(guī)定的允許范圍，并且將旋轉(zhuǎn)支架置于滾輪之上，能夠在一定的角度范圍內(nèi)進(jìn)行順利旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)子束從不同角度射入患者腫瘤病灶，以減少對(duì)患者正常細(xì)胞的損傷。

3.5 滾輪支撐

為了保障旋轉(zhuǎn)機(jī)架的平穩(wěn)，我們需要在機(jī)架本體提供兩組滾輪進(jìn)行支撐，在機(jī)架進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾輪表面需要對(duì)相應(yīng)的壓力以及摩擦力進(jìn)行承受。

4 質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架的前景分析及發(fā)展意義

4.1 前景分析

20世紀(jì)40年代，應(yīng)用質(zhì)子對(duì)腫瘤進(jìn)行治療的治療方式在美國(guó)首次被提出，之后迅速得到了哈佛大學(xué)以及美國(guó)多家著名醫(yī)院的重視，并由芝加哥費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室成功研制的質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架，為質(zhì)子治療腫瘤打下重要基礎(chǔ)。至20世紀(jì)90年代，質(zhì)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(jìn)一步創(chuàng)新了旋轉(zhuǎn)機(jī)架并首創(chuàng)了質(zhì)子治療的點(diǎn)掃描法；同時(shí)在日本，已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十家質(zhì)子治療專用醫(yī)院；時(shí)至今日，世界各國(guó)均已加強(qiáng)了對(duì)質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架研發(fā)的重視，質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上具有良好的發(fā)展前景。

我國(guó)的質(zhì)子治療起步相對(duì)較晚，但是其在我國(guó)的發(fā)展十分迅速。2001年，我國(guó)首次將質(zhì)子治療引進(jìn)國(guó)內(nèi)，僅僅經(jīng)過(guò)15年，2016年我國(guó)的相關(guān)研究就打破了國(guó)外對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的壟斷，并在2018年11月完成了首臺(tái)國(guó)產(chǎn)質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架的調(diào)試應(yīng)用，極有可能促使質(zhì)子治療設(shè)備整體價(jià)格的下降以及維護(hù)費(fèi)用的大幅度降低。就目前的情況來(lái)看，我國(guó)社會(huì)各界已經(jīng)對(duì)質(zhì)子治療投入了越來(lái)越多的關(guān)注，我國(guó)的相關(guān)研究也得到了高速的發(fā)展，與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距正在逐步縮小。

4.2 發(fā)展意義

目前根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)調(diào)研，質(zhì)子治療旋轉(zhuǎn)機(jī)架的研發(fā)對(duì)于實(shí)現(xiàn)質(zhì)子治療的國(guó)產(chǎn)化有巨大的推動(dòng)作用，對(duì)于國(guó)內(nèi)癌癥療法的變革有著非凡的意義，更是響應(yīng)了國(guó)家共筑“健康夢(mèng)”的發(fā)展需要。

5 結(jié)語(yǔ)

質(zhì)子治療在我國(guó)雖然沒(méi)有經(jīng)過(guò)悠久的發(fā)展，但是已經(jīng)能夠?qū)ξ覈?guó)腫瘤患者起到良好的治療效果，所以對(duì)于質(zhì)子治療以及其旋轉(zhuǎn)機(jī)架，我們還需進(jìn)行深入研究，以促使質(zhì)子治療的效果得到提高。

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