治療癌癥的重離子加速器，咱們也有！丨大國(guó)科技范

審核專家：羅會(huì)仟

中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員、科普作家

日前，一種名為重離子加速器的國(guó)產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備逐漸走進(jìn)了大眾視野，并在癌癥治療領(lǐng)域大放異彩。

來(lái)源丨健康時(shí)報(bào)

該設(shè)備的治療系統(tǒng)安裝于甘肅省武威市，先后完成了電磁兼容、性能檢測(cè)、安規(guī)、電器安全等1300多個(gè)組件檢驗(yàn)。融合了加速器、核探測(cè)、醫(yī)學(xué)診療等相關(guān)技術(shù)，提供碳離子束用于惡性實(shí)體腫瘤的治療，目前為超過(guò)800位患者提供治療。那么，什么是重離子加速器？這件器械有著怎樣的國(guó)產(chǎn)研發(fā)之路？未來(lái)又會(huì)為癌癥患者帶來(lái)怎樣的好消息呢？

1 重離子加速技術(shù)的由來(lái)

在對(duì)抗癌細(xì)胞時(shí)，大家熟知的治療手段應(yīng)該是放療或化療，但傳統(tǒng)放療的射線就像是一個(gè)蒙著眼睛的“殺手”，無(wú)法主動(dòng)辨別正常細(xì)胞和癌細(xì)胞，在進(jìn)入人體后實(shí)施無(wú)差別殺傷。所以某種程度上，治療效果其實(shí)就是在“賭”，賭的是好細(xì)胞和癌細(xì)胞誰(shuí)先扛不住。

最可怕的是，經(jīng)常出現(xiàn)好細(xì)胞先死亡、癌細(xì)胞的生命力卻特別頑強(qiáng)的結(jié)果。但“重離子束”比傳統(tǒng)射線更“聰明”。所謂“重離子”就是指原子序數(shù)大于2（即元素周期表中比氦重的元素）的原子失去部分或全部電子后形成的帶電粒子。“離子束”是指一群方向和速度幾乎一致的離子。

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早在1903年，英國(guó)物理學(xué)家威廉·亨利·布拉格與克里曼在進(jìn)行放射性實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)帶電離子束深入物質(zhì)后，會(huì)在其射程的終點(diǎn)附近將大部分能量釋放出去，形成一個(gè)劑量高峰?？茖W(xué)界將這種能量釋放峰峰值稱之為“Bragg峰”，中文譯為“布拉格峰”（注：與x射線等被晶體散射后形成的衍射布拉格峰不同）。

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進(jìn)入20世紀(jì)，美國(guó)人威爾遜認(rèn)為，具有布拉格峰特性的帶電粒子束可以應(yīng)用于癌癥治療，即將其釋放的能量用于定向破壞癌細(xì)胞。于是從1975年開(kāi)始，美國(guó)伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以威爾遜的理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用當(dāng)時(shí)較為先進(jìn)的加速裝置進(jìn)行進(jìn)一步的臨床驗(yàn)證，取得了巨大突破。

2 重離子加速器的國(guó)產(chǎn)之路

20世紀(jì)末，重離子加速器在國(guó)外迎來(lái)了迅猛發(fā)展。諸多國(guó)家不斷取得研究突破的消息吸引著一群中國(guó)科學(xué)家的目光。其中一位叫肖國(guó)青，工作于中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所。接受采訪時(shí)他表示，了解到重離子加速技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展情況，他和他的同事們精神振奮，這意味著該項(xiàng)技術(shù)投入臨床造福癌癥患者的可能性大大提高。

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然而，想要實(shí)現(xiàn)上述結(jié)果，還有十分遙遠(yuǎn)的距離。雖然重離子治癌項(xiàng)目被納入國(guó)家基礎(chǔ)性研究重大項(xiàng)目，但是這并不能改變我國(guó)在該領(lǐng)域幾乎一片空白的事實(shí)。從基礎(chǔ)理論到關(guān)鍵技術(shù)，從可行性驗(yàn)證與安全性測(cè)試，研究所的科學(xué)家們歷時(shí)多年終于走出了一條中國(guó)人自己的重離子加速之路！

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其中最為典型的是一套回旋加速器與同步加速器組合的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)完全避開(kāi)了國(guó)外的技術(shù)封鎖，其較短的周長(zhǎng)在世界范圍內(nèi)也是首屈一指。同一級(jí)別的裝置，歐洲的周長(zhǎng)是75米，日本的周長(zhǎng)是62米，而我國(guó)的只有56米。從現(xiàn)今的研究數(shù)據(jù)來(lái)看，重離子相對(duì)生物學(xué)效應(yīng)比常規(guī)光子射線的要高約 3 倍。因而，重離子束對(duì)癌細(xì)胞的“殺傷力”更大，治療次數(shù)相應(yīng)減少，從而縮短治療周期。

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與常規(guī)光子（X射線及γ射線）放療不同，重離子束對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷不依賴于氧的存在。因?yàn)橹仉x子主要是通過(guò)電離形成的高密度二次電子的電離作用導(dǎo)致 DNA 雙鍵斷裂來(lái)殺滅癌細(xì)胞，重離子的氧增比小，可用于治療供血不足的乏氧腫瘤。

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3 重離子加速器的其他應(yīng)用

除了癌癥的治療，蘭州的重離子加速器已經(jīng)展現(xiàn)出了廣闊的市場(chǎng)前景和多領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。作為國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，該項(xiàng)目相較于國(guó)際同行也毫不遜色，對(duì)我國(guó)重離子物理及交叉學(xué)科的研究意義重大，在新核素合成、原子核質(zhì)量精確測(cè)量等方向成果豐碩。

另外，在推進(jìn)該項(xiàng)目的過(guò)程中，研究者也在超導(dǎo)、低溫、真空、微波、精密磁鐵制造等多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破，為核醫(yī)學(xué)儀器、無(wú)損檢測(cè)、環(huán)境保護(hù)、食品輻照加工等領(lǐng)域開(kāi)拓了良好的發(fā)展前景。

事實(shí)上，很多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都會(huì)給當(dāng)?shù)貛?lái)巨大利好。以重離子加速器為例，該項(xiàng)目的建設(shè)能夠?yàn)樘m州提供大量就業(yè)崗位，幫助當(dāng)?shù)厝瞬啪蜆I(yè)，同時(shí)還能吸引國(guó)內(nèi)外人才，積累人力資源，進(jìn)而反哺蘭州的其他產(chǎn)業(yè)。該項(xiàng)目將帶動(dòng)醫(yī)療服務(wù)等下游產(chǎn)業(yè)，在未來(lái)提供從事診斷治療護(hù)理的人力資源，助力深化重離子技術(shù)的理論研究。21世紀(jì)是科技的時(shí)代，是變化的時(shí)代，更是我們的時(shí)代。諸多科研工作者默默奮斗數(shù)十載，終于換來(lái)了祖國(guó)科技事業(yè)的百花齊放。相信在未來(lái)，我們會(huì)在更多的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)科技突破，老百姓也會(huì)過(guò)上更加幸福的生活！