发挥大科学技术优势国产“重离子”助力健康中国

文/蔡晓红

恶性肿瘤（癌症）是目前威胁人类健康最凶险的疾病之一。中国每年新增癌症病例约430万，因癌症死亡人数约280万，两项指标均位居世界第一。目前，癌症治疗方法主要有手术、化疗和放疗三种，放射治疗可以使某些早期局部性肿瘤获得根治，同时保留癌症所在部位的器官及其功能，放疗与其他治疗方法联合使用可提高疗效和治愈率。2019年7月国务院发布的《健康中国行动》指出，我国总体癌症5年生存率应分别不低于43.3%（2022年）和46.6%（2030年）。为达到这一目标，关键在于肿瘤的早诊断和有效治疗。发展先进的治疗技术和解决方案对于实现健康中国行动战略目标，提高人民群众的获得感和幸福感具有重要意义。

重离子治疗是一种先进的放疗方法

重离子是指原子序数大于2（即元素周期表中比氦重的元素）的原子失去部分或全部电子后形成的带电粒子。相比常规的光子放疗射线，重离子具有独特的物理学和生物学优势。首先，重离子最大的特点是有精准的剂量沉积峰——布拉格峰，重离子束在穿越生物组织的过程中不会大量释放能量，基本没有杀伤力，其能量主要释放在重离子被完全阻止的瞬间，形成所谓的“布拉格峰”。可通过调节重离子的能量，使布拉格峰精准落在肿瘤处，从而对肿瘤细胞进行精准打击；其次，重离子相对生物学效应高，对肿瘤细胞的杀伤威力更大，受损细胞不易修复，治疗次数少、疗程短。

如果把治疗肿瘤比喻成一场与癌细胞的战争，常规放疗好比是对病灶部位进行扫射，射野范围内的“敌军”和“平民”无一幸免，常常是杀“敌军”一千，误杀“平民”八百；而重离子束则如同是精确制导的导弹，可以对肿瘤细胞进行精、准、狠的打击，误伤“平民”的概率大大降低，副作用小，治疗效果佳。重离子特别适合于不宜手术、对常规射线不敏感、常规射线治疗后复发的部分实体肿瘤的治疗。重离子治疗是当今国际上较先进、高效、精准、安全的放射治疗方法，被誉为安全、精准、高效的癌症治疗无创手术刀——“重离子刀”。

重离子治疗技术的发展

重离子治疗技术难度大，治疗装置系统复杂、生产及控制工艺要求高、资金投入大，目前国际上只有少数国家拥有这项高端技术。

重离子治癌研究始于1975年美国伯克利实验室，在随后近20年的研究中，共收治各种难治癌症患者2487名，肿瘤局部控制率较常规光子放疗提高了2—3倍，优势十分显著。

日本于1993年在国立放射医学研究所（NIRS）建成首台专用的重离子治疗设备（HIMAC），到目前为止已治疗肿瘤患者超过20000例。其中，对于头颈部肿瘤，三年局部肿瘤控制率大于61%；对于颅底瘤，三年局部控制率大于92%；对于肝癌，三年局部控制率大于72%；对于前列腺癌，三年局部控制率为100%。兵库、群马、九州、横滨等地的重离子治疗装置相继建成并投入运营，为提高肿瘤治愈率和生存率发挥了重要作用，日本也成为目前拥有重离子治疗装置最多的国家。

在欧洲，德国马堡和意大利重离子治疗中心相继建成并开始运行。奥地利、法国、瑞典等国家分别启动了重离子治癌项目。

在中国，上海质子重离子医院引进德国西门子设备，于2015年投入运行，目前已治疗患者3000余例，五年局部控制率达到了97.1%。

国产“重离子刀”二十余年磨一剑

1993年，中科院近代物理所（以下简称“近代物理所”）利用兰州重离子研究装置（HIRFL）提供的中能重离子束，开始进行重离子辐射生物学效应研究，积累了大量辐射生物效应基础数据。2005年制订了我国第一个《重离子加速器治疗肿瘤企业标准》，建成浅层肿瘤治疗终端。2006年11月开始与医疗机构合作进行浅层肿瘤患者的临床前期试验研究，到2009年3月，共治疗8批103例浅层肿瘤患者，我国成为世界上第四个成功开展重离子束临床治疗肿瘤的国家。2008年建成了深层治癌终端，2009年开始进行深部肿瘤的重离子临床前期试验研究，截至2013年年底共完成110例深部肿瘤患者临床前期试验研究，疗效显著。

在此基础上，近代物理所与其控股的兰州科近泰基新技术有限责任公司（以下简称“泰基公司”）共同研发了拥有完全自主知识产权的国产重离子治疗装置，培养了一支高水平的重离子束治疗研究和治疗装置研制人才队伍，掌握了关键技术，获得了60余项专利授权。泰基公司改组为医疗器械生产企业，获得了Ⅲ类医疗器械生产许可证和Ⅰ类射线装置辐射安全许可证。2012年，分别签订了武威和兰州示范装置合同。

武威重离子示范项目依托甘肃省武威肿瘤医院，规划建设以重离子治疗肿瘤为核心，集医疗、科研、教学、产业于一体的现代化医疗卫生园区。项目于2012年5月开工建设，2014年4月开始设备安装；2015年12月底成功引出碳离子束；2018年5月完成注册检测；2019年5月完成46例受试者的临床试验治疗及随访；2019年9月获得医疗器械注册证。2020年3月26日，武威重离子治疗示范装置正式投入临床应用，截至2021年7月底，共收治386例患者，疗效显著。武威重离子治疗装置自投入运营以来，设备运行稳定，运行效率达到了国际先进水平，国产“重离子刀”初试锋芒。

目前，兰州重离子治疗中心也已完成重离子治疗装置的安装，正在进行注册检测，莆田、武汉、杭州等地的国产重离子项目也已开工建设。

从1993年到2020年，27年磨一剑，国产重离子治疗技术走出实验室，成功实现示范应用，实践了一条从基础研究、技术研发、产品示范到产业化应用的全产业链自主创新之路。国产“重离子刀”标志着我国自主品牌的重离子治疗设备正式投入临床应用，实现了我国高端放疗设备零的突破，使我国高端医疗器械装备国产化迈出了新步伐，塑造了大科学工程回报社会的典范，对于提升我国肿瘤诊疗手段和水平具有重大意义。

国产重离子治疗装置采用了独特的“回旋注入器+同步主加速器”技术路线，小型紧凑，兼有点扫描和均匀扫描模式，治疗头布局多样化，性价比高，运行维护成本低等特点，国产重离子治疗装置具有良好的市场前景。

在面临良好发展机遇的同时，重离子治疗产业的发展也面临多方面挑战：首先，我国的高端医疗市场长期由国外产品垄断，对国产设备的认可度低。与此同时，国外企业对我国巨大的粒子放疗市场虎视眈眈，正在运用各种营销手段进入中国市场，国产重离子治疗设备面临非常激烈的市场竞争。其次，2014年以来，国家药品监督管理局颁布了一系列新法规，增加了医疗器械注册检测内容和注册难度；重离子治疗装置系统庞大，非标设备占比大，检测工作量巨大，耗时长，且目前国内只有北京市医疗器械检验所拥有检测资质，检测力量严重不足。

面对机遇与挑战 创新引领发展

重离子治疗装置包括上千套电气设备、数十个技术系统，从技术研发、样机研制、设备检测、临床试验到审评注册，每一步都是巨大的挑战。重离子治癌项目团队与国家药品监督管理局、国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心以及北京市医疗器械检验所建立了密切沟通机制，践行在安全有效、合法合规前提下的科学监管，不断完善适合重离子治疗产业发展的法规和标准，保证科技创新与产业升级相适应，保证新产品上市的先进性和时效性，让先进科学技术造福患者。

在每年新增的430万例肿瘤患者中，若10%采用重离子束治疗，按照每台装置每年治疗1000—2000例患者计算，我国将会有数百台重离子治疗装置的市场需求量，重离子治疗装置可打造数千亿元的高端装备制造业、运行维护服务业和精准数字治疗等产业，形成重离子治疗新产业，带动上下游企业技术水平提升，满足人民的健康需求，带来良好的经济和社会效益，符合国家当前的宏观战略。

为推进重离子治疗产业的发展，近代物理所会同泰基公司共同制订了重离子治疗装置标准、检测方案和临床实验方案，参与了国家药品监督管理局《轻粒子治疗系统产品注册指导原则》和《质子碳离子治疗系统临床试验和临床评价指导原则》等规范性文件的起草，以及国际标准IEC60601-2-64《轻离子束医用电气设备的基本安全和基本性能专用要求》的等同转化。

为加快新产品注册上市，保证产品质量，近代物理所正在兰州新区建设离子加速器检验检测实验室，拟充分发挥重离子大科学装置建造和运行的技术优势，联合国家药品监督管理局各地医疗器械检验机构，建成大型医疗器械的专业检测实验室，满足重离子治疗装置检验检测的需要。

近代物理所会同泰基公司与上下游数百家企业组成了医用重离子加速器产业联盟，推进重离子治疗装置相关部件设备制造的规范化、标准化，行业标准的制订、资质认定及新技术研发应用，包括超导技术、治疗新技术、图像引导及自动摆位验证系统等，更好满足市场需求，为患者提供最佳治疗体验。

国产重离子治疗装置打破了高端医疗器械市场的国外垄断壁垒，铸就了“重离子治疗装备中国制造”。展望未来，国产“重离子刀”必将在人类征服癌症的奋斗中作出应有的贡献！