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放療|“重器”探秘( 三 )



放療|“重器”探秘
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武威腫瘤醫院（武威重離子中心）內 ， 我國首臺自主知識產權“重離子治療系統”已經進入臨床應用
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攻克難關
馬力禎在加速器技術領域差不多“浸”了一輩子 。 尤其是這些年來 ， 他把大量精力投入到重離子治癌設備的研發上 ， 深切體會到其中的艱辛 。 “之前對醫學沒有太多了解 ， 沒想到自己還會跟醫學結緣 。 ”馬力禎笑了笑說 ， 醫用重離子加速器是“集大成者” ， 是包括物理、核物理、信息、電子、醫學、圖像處理等學科的結合 ， 技術體系精密復雜 ， 研發難度極大 。
在武威重離子加速器項目開工之前 ， 日本、德國、美國在醫用重離子加速器方面已經進行了相關知識產權的布局 ， 所以我國首先要做的就是突破知識產權的限制 。 中科院近代所加速器總體室研究員、國科離子醫療科技有限公司副總經理石健舉例 ， 日本的重離子加速器使用了18塊二極磁鐵；德國有兩種方案 ， 一種使用了6塊二極磁鐵 ， 另一種則是12塊 。 石健說 ， “最難的就是拿出設計方案 ， 既要避開知識產權的限制 ， 又要盡量做得小而精巧 。 團隊花了很大功夫 ， 決定使用8塊二極磁鐵的架構 。 數量不同 ， 直接決定了整體系統的結構 ， 就像蓋房子一樣 ， 有的是磚混結構 ， 有的是鋼混結構 。 ”
“科研人員追求的是設備的最高性能 ， 只要夠得著預定的指標即可 。 但醫療器械是一個產品 ， 醫用重離子加速器各部件要保證最安全可靠 。 醫院在使用時 ， 設備要長期穩定 。 ”馬力禎說 ， 此外還有眾多條條框框 ， 比如強電模塊和弱電模塊的隔離標準、如何布地線、電線的顏色 ， 就連螺絲擰幾圈都有嚴格規定 。 “只有將國家關于電磁兼容、電器安全等醫療器械的標準貫徹到產品設計、研發、制造和檢測全過程中 ， 才有可能用于醫療 ， 否則就是一堆廢銅爛鐵 。 ”
“精度怎么可能達到？”“這個指標能否降低一個級別？”“能否用其他零件替代？”在研發過程中 ， 這樣的爭論時刻上演 。 馬力禎告訴采訪人員 ， 設計方案完成后 ， 磁鐵、電源等各系統會根據預定的參數去完成對應系統的硬件研制 。 這些參數經常難以達到 ， 引得不同學科的科研人員為之爭論 。 以磁場精度為例 ， 磁鐵的參數要達到萬分之二均勻度 ， 而當時只能達到萬分之三 。 離子在一秒內大約會跑300萬圈 ， 如果精度不合適 ， 每走一圈都偏離一點 ， 300萬圈之后早已不知所終 ， 差之毫厘失之千里 。 “為了萬分之一 ， 我們都快打起來了 。 達不到就一次一次進行修正 ， 直到達標為止 。 其他系統也一樣 ， 都要達到極限狀態才能保證重離子加速器制造成功 。 ”
邊吵邊修 ， 邊改邊調 ， 武威重離子加速器2015年進入到現場調試的階段 。 由于科研和醫療的試驗要求各有側重 ， 想做出一臺真正的醫療器械 ， 就要重新調整工藝細節 。 “理論上 ， 束流到達治療終端說明重離子加速器可以使用了 ， 但就像汽車 ， 能否收放自如 ， 想加速就加速 ， 想剎車就能剎車 ， 定速巡航、座椅加熱等功能是否滿足要求 ， 還需要慢慢去調試 。 ”石健說 。
看似小問題 ， 但往往需要花好幾天甚至幾個月去排查 。 馬力禎介紹 ， 重離子“打”在腫瘤上 ， 要求穩定性不能超過0.5毫米誤差 ， 這要求電源系統和整個控制系統必須更細更精密 。 再比如 ， 須保證儀器運轉的穩定與可靠 ， 要想盡辦法降低故障率 。
“這套醫用重離子加速器所有部件設備都是定制化的 ， 國產率達到99% ， 無論從性能指標還是臨床反饋 ， 都毫不遜色于進口設備 ， 但裝置的成本只有國外的一半 。 ”馬力禎告訴采訪人員 ， 以開機率為例 ， 這套重離子加速器第一年開機率到達97.4% ， 也就是說 ， 如果一天24小時開機 ， 約有37分鐘是故障時間 。 “放眼國際 ， 德國的設備運行10年的開機率為92%～98% ， 而我們第一年就可以達到97.4% 。 ”