醫(yī)用質(zhì)子重離子加速器應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

【作 者】楊小龍，陳惠賢，陳繼朋，喬 宇，馬利強(qiáng)

蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，蘭州市，730050

0 引言

從全世界范圍來看，癌癥仍是威脅人類健康的主要疾病之一，在我國(guó)腫瘤死亡約占全部死因的1/4[1-2]。放射治療作為腫瘤治療的三大手段之一，在腫瘤的綜合治療方案中舉足輕重。腫瘤放療增益的提高在很大程度上依賴于放療技術(shù)和放療設(shè)備的優(yōu)良性能。醫(yī)用質(zhì)子、重離子加速器作為當(dāng)今國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的高性能尖端放療設(shè)備，其應(yīng)用和發(fā)展還有很大的提升空間。

近期國(guó)家部署的《中國(guó)制造2025》強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略明確把高性能醫(yī)療設(shè)備作為重點(diǎn)發(fā)展的十大產(chǎn)業(yè)之一。我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)于高性能放療設(shè)備，特別是醫(yī)用質(zhì)子、重離子加速器的創(chuàng)新發(fā)展迎來重大機(jī)遇。未來隨著放療技術(shù)和相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，以及醫(yī)保政策的實(shí)質(zhì)性實(shí)施，我國(guó)放療設(shè)備市場(chǎng)將呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

1 質(zhì)子與重離子治癌概述

1.1 物理學(xué)和生物學(xué)特性

質(zhì)子和重離子束治療腫瘤，是當(dāng)今國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的最尖端放療技術(shù)。質(zhì)子和重離子都是帶電粒子，與X射線、γ射線、電子線等常規(guī)射線不同，具有一定能量的質(zhì)子和重離子在入射人體組織后存在集中沉積能量的Bragg峰，如圖1[3]所示。在治療腫瘤時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)質(zhì)子（或重離子）的能量，采用Bragg峰展寬技術(shù)（Spread Out Bragg Peak, SOBP）（如圖2[4]），使射線作用于不同深度和大小的腫瘤，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤靶區(qū)的高劑量多野輻照，同時(shí)使腫瘤周圍正常組織受到盡可能小的輻射損傷。相比之下，X射線、電子線、γ射線等常規(guī)射線在入射組織的起點(diǎn)附近能量就已經(jīng)為最大值，到達(dá)腫瘤區(qū)域則衰減得更厲害，不僅不利于深部腫瘤的治療，而且對(duì)正常組織產(chǎn)生較大程度的損傷。此外，X射線、電子線、γ射線屬于低LET射線（Linear Energy Transfer, LET），其對(duì)氧存在的依賴性大，放療過程中可能會(huì)使某些乏氧細(xì)胞存活下來，導(dǎo)致治療的失?。欢|(zhì)子和重離子屬于高LET射線，腫瘤細(xì)胞含氧量對(duì)其治療影響不大，因此比常規(guī)射線具有更明顯的治療優(yōu)勢(shì)[5-7]。

1.2 性能比較

圖1 [3] 120 keV的X射線、60Co-γ射線、高能光子以及250和300 MeV/u 12C6離子束在水中的深度劑量分布比較Fig. 1 Comparison of the depth-dose distribution in water of 120 keV X-rays,60Co -γ, high energy photons with 12C6 ions of 250 MeV/u and 300 MeV/u

圖2 [4] 200 MeV質(zhì)子與16 MV的X射線在水中的深度劑量曲線及質(zhì)子Bragg峰展寬（SOBP）曲線Fig.2 Depth-dose curves in water for a 200 MeV proton beam and a 16 MV X-ray beam and the spread-out Bragg peak (SOBP)of the proton

研究表明，重離子的線性能量密度（LET）、相對(duì)生物效應(yīng)（Relative Biological Effectiveness, RBE）和氧增比（Oxygen Enhancement Ratio, OER）皆優(yōu)于質(zhì)子，而且劑量分布優(yōu)勢(shì)（Bragg峰）更為顯著，所以輻射劑量可更多地沉積到人體深部的惡性腫瘤內(nèi)，對(duì)腫瘤細(xì)胞更具殺滅性[8]。重離子束在治療中表現(xiàn)出一系列的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：治療精度高（mm量級(jí)）；劑量相對(duì)集中、照射治療效率高；對(duì)腫瘤周圍健康組織損傷更??；治療過程可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，便于控制位置和劑量、提高治療精度[9]。因此，重離子被譽(yù)為面向21世紀(jì)最理想的放療用射線。

2 醫(yī)用質(zhì)子、重離子加速器的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

腫瘤治療的根本原則和理想目標(biāo)是在盡量不損傷健康組織的前提下實(shí)現(xiàn)腫瘤局部控制率TCP的最大化，并且提高患者在治療后的生存質(zhì)量。醫(yī)用質(zhì)子加速器和醫(yī)用重離子加速器的出現(xiàn)及其先進(jìn)放療技術(shù)的應(yīng)用，正好為21世紀(jì)腫瘤精確放療的進(jìn)一步發(fā)展提供了更為廣闊的空間。醫(yī)用質(zhì)子加速器和醫(yī)用重離子加速器技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，目前只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠自主建造，其產(chǎn)品在某方面也反映出一個(gè)國(guó)家的科技水平。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

從結(jié)構(gòu)組成原理上，醫(yī)用重離子加速器系統(tǒng)和醫(yī)用質(zhì)子加速器系統(tǒng)基本相同，主要包括加速器系統(tǒng)、束流傳輸系統(tǒng)、治療終端系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)機(jī)架、治療頭、治療床）和治療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）。加速器系統(tǒng)是醫(yī)用加速器的核心部分，目前世界上醫(yī)用質(zhì)子/重離子加速器治療中心使用的加速器基本有三種類型：直線加速器、回旋加速器和同步加速器[10]。直線加速器通過電場(chǎng)控制使粒子沿直線方向加速，加速器長(zhǎng)度與能量增益成正比，若將其作為主加速器，則所需的規(guī)模非常龐大，所以常將直線加速器用作線性輔助加速；回旋加速器通過間隙電場(chǎng)對(duì)粒子進(jìn)行加速，粒子活動(dòng)軌跡類似一個(gè)螺旋線，其磁場(chǎng)強(qiáng)度決定了加速器尺寸，而且可以提供穩(wěn)定束流強(qiáng)度，但很少能夠調(diào)節(jié)參數(shù)，需要其他裝置配合調(diào)制強(qiáng)度；同步加速器是由多級(jí)磁鐵組成的狹窄真空環(huán)，粒子在環(huán)內(nèi)反復(fù)循環(huán)獲得加速，其能量可變，但是需要注入和引出系統(tǒng)，操作相對(duì)復(fù)雜[11-13]。醫(yī)用質(zhì)子加速器通常采用回旋加速器或者同步加速器，將質(zhì)子加速到70～250 MeV的能量用于臨床治療?，F(xiàn)有或正建的醫(yī)用重離子加速器治療中心主加速器均采用能量可調(diào)的同步加速器，注入器則采用直線加速器或回旋加速器，如日本醫(yī)用重離子加速器中心（HIMAC）和德國(guó)GSI的注入器都使用直線加速器，而中國(guó)科學(xué)院蘭州近代物理研究所建設(shè)的醫(yī)用重離子加速器（HIMM）的注入器則使用運(yùn)行可靠、占地面積更小的回旋加速器[14]。

2.2 醫(yī)用質(zhì)子加速器（Medical Proton Accelerators）

1954年，美國(guó)加州大學(xué)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBL）首次利用質(zhì)子射線對(duì)晚期乳腺癌患者進(jìn)行治療，至此拉開了人類利用高能粒子治療惡性腫瘤的序幕。到1990年，美國(guó)Loma Linda大學(xué)醫(yī)學(xué)中心（LLUMC），研制成功世界首臺(tái)醫(yī)用質(zhì)子同步回旋加速器，并投入臨床使用。此后，由于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、射線控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)放療計(jì)劃系統(tǒng)的進(jìn)展，使得質(zhì)子放療變得可控和精確，醫(yī)用質(zhì)子加速器市場(chǎng)迅速發(fā)展。

目前，幾乎所有的醫(yī)用質(zhì)子加速器治療中心的質(zhì)子源采用回旋加速器或者同步加速器[15]，回旋加速器與同步加速器技術(shù)已經(jīng)相對(duì)比較成熟，兩者性能比較如表1[16]所示。質(zhì)子治療時(shí)，加速器系統(tǒng)將質(zhì)子束加速到極高能量（70～250 MeV），然后能量選擇系統(tǒng)（ESS）根據(jù)治療計(jì)劃給予質(zhì)子束確定能量，該能量的量等于患者身體中的特定穿透距離，再由傳輸系統(tǒng)將束流聚焦、塑形并引導(dǎo)至治療室，最后通過毫米精度的治療頭將質(zhì)子束導(dǎo)向靶目標(biāo)。一個(gè)治療中心常建有多個(gè)治療室，分為固定束治療室和旋轉(zhuǎn)機(jī)架治療室（如圖3[17]），每個(gè)治療室均配備有治療床，能根據(jù)3D影像自動(dòng)將患者精準(zhǔn)地移動(dòng)至正確的治療位置。放療時(shí)旋轉(zhuǎn)機(jī)架與治療床運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，在TPS系統(tǒng)的引導(dǎo)下選擇最佳的輻射方向和角度對(duì)病人進(jìn)行治療。

表1 [16] 回旋加速器與同步加速器性能比較Tab.1 The performance comparison between cyclotron and synchrotron

圖3 [17] 治療室Fig.3 The treatment room

近年來，超導(dǎo)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，使得醫(yī)用質(zhì)子加速器系統(tǒng)更加緊湊。世界上第一臺(tái)醫(yī)用超導(dǎo)回旋質(zhì)子加速器于2007年在瑞士投入運(yùn)營(yíng)[18]，之后，超導(dǎo)、激光加速等先進(jìn)技術(shù)研究突飛猛進(jìn)。由于設(shè)備規(guī)模和成本原因，已有的醫(yī)用質(zhì)子加速器治療中心通常建設(shè)在人口稠密的大城市，為了更多的人能夠接受質(zhì)子治療，國(guó)際上一些著名的制造商都投入到緊湊型單室質(zhì)子治療系統(tǒng)的研發(fā)當(dāng)中。圖4[19]為Still River Systems（SRS）公司的緊湊型單室醫(yī)用質(zhì)子加速器系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)，該緊湊型系統(tǒng)硬件設(shè)施主要包括旋轉(zhuǎn)機(jī)架、治療床和超導(dǎo)同步回旋加速器Monarch250。其中，Monarch250質(zhì)量約20 t，直徑1.7 m，是目前最先進(jìn)的緊湊型醫(yī)用質(zhì)子源[19-20]。根據(jù)國(guó)外PTCOG網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)，目前全球有超過100個(gè)正在運(yùn)營(yíng)和在建的醫(yī)用質(zhì)子加速器治療中心，主要集中在歐洲、美國(guó)和亞洲。國(guó)際上醫(yī)用質(zhì)子加速器設(shè)備的主要制造商有美國(guó)的Varian、ProNova、Mevion，比利時(shí)的 IBA，日本的日立、三菱、東芝等。

圖4 [19] Still River Systems緊湊型單間醫(yī)用質(zhì)子加速器系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)Fig.4 The conceptual design for the Still River Systems single compact treatment room proton beam radio-therapy

國(guó)內(nèi)質(zhì)子加速器放射治療起步較晚，2004年山東淄博萬杰醫(yī)院首次引進(jìn)比利時(shí)IBA公司的醫(yī)用質(zhì)子加速器開始臨床治療。2015年上海質(zhì)子重離子醫(yī)院引進(jìn)的西門子設(shè)備也投入運(yùn)營(yíng)，該醫(yī)院成為中國(guó)首家擁有質(zhì)子和重離子放療技術(shù)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)。2018年1月，中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司的230 MeV質(zhì)子超導(dǎo)回旋加速器（CYCIAE-230）的核心部件—高頻腔系統(tǒng)通過源地驗(yàn)收，下一步將進(jìn)入整機(jī)總裝和測(cè)試階段，然后逐步實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用。CYCIAE-230是我國(guó)首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的醫(yī)用質(zhì)子加速器先進(jìn)設(shè)備，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊，總質(zhì)量約200 t，由主磁體系統(tǒng)、超導(dǎo)線圈系統(tǒng)、RF系統(tǒng)、內(nèi)置PIG源、引出系統(tǒng)、真空泵和提升系統(tǒng)等組成，最大設(shè)計(jì)引出能量達(dá)到240 MeV。圖5[21]為CYCIAE-230系統(tǒng)的布局圖。

圖5 [21] 中核集團(tuán)CYCIAE-230系統(tǒng)的布局圖Fig.5 The layout of superconducting cyclotron CYCIAE-230

2.3 醫(yī)用重離子加速器(medical heavy ion accelerators)

與質(zhì)子放療相比，重離子放療雖然更被看好，但是對(duì)技術(shù)和設(shè)備的要求更高，投入也更大，因此其臨床試驗(yàn)起步也較晚。1975年，美國(guó)加州大學(xué)LBL實(shí)驗(yàn)室首次利用高能同步重離子加速器進(jìn)行Ne離子束放療臨床試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)腫瘤局部控制率比常規(guī)射線提高了2～3倍（見表2[22]），取得了較高的腫瘤治愈率。1992年，有關(guān)部門停止提供經(jīng)費(fèi)，LBL實(shí)驗(yàn)室關(guān)閉，美國(guó)也將主要精力用于發(fā)展醫(yī)用質(zhì)子加速器治療中心。1994年，日本國(guó)立放射醫(yī)學(xué)綜合研究所（NIRS）在千葉縣建成世界上第一臺(tái)醫(yī)用重離子加速器（HIMAC），并選用碳離子束作為治療方法進(jìn)行臨床治療。截止2016年，HIMAC治療腫瘤患者的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到約10 000例[23]。鑒于良好的臨床治療效果，日本政府2003年批準(zhǔn)碳離子治療成為尖端的腫瘤治療技術(shù)，并且計(jì)劃在全日本繼續(xù)興建50～60個(gè)醫(yī)用重離子加速器治療中心[24]。隨后，NIRS為了推廣重離子治療，將重點(diǎn)放在研發(fā)緊湊型醫(yī)用重離子加速器的技術(shù)上，以期望降低建造成本。圖6是NIRS研發(fā)的一種緊湊型醫(yī)用重離子加速器，由RFQ加速器和APF型DTL加速器作為注入器，將C4+離子加速到4 MeV/u后注入到一個(gè)周長(zhǎng)為61.5 m的同步加速器中，并最終加速到400 MeV/u[25]。

國(guó)際上，日本和德國(guó)在醫(yī)用重離子加速器治癌領(lǐng)域起步較早，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展也較完整，目前相關(guān)技術(shù)遙遙領(lǐng)先；美國(guó)早期注重質(zhì)子治癌的相關(guān)研究，在醫(yī)用質(zhì)子加速器精確治癌技術(shù)方面已處于全球領(lǐng)先地位，但近年來受到日本等國(guó)家重離子治癌療效的鼓舞，也重新喚起了對(duì)重離子放療的研究。在歐洲，1996年德國(guó)亥姆霍茲重離子研究中心（GSI）基于重離子物理研究的同步加速器建成了重離子治癌裝置，開發(fā)了柵掃描束流配送系統(tǒng)、面向生物學(xué)效應(yīng)的治療計(jì)劃系統(tǒng)和在線正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像（PET）束流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)三項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了重離子束的適形調(diào)強(qiáng)治療和束流的實(shí)時(shí)監(jiān)控[26]。目前，由GSI研制的兩臺(tái)緊湊型醫(yī)用粒子加速器已在德國(guó)海德堡質(zhì)子重離子治療中心（HIT）和意大利國(guó)立質(zhì)子重離子治癌中心（CNAO）投入運(yùn)行。HIT的注入器由一臺(tái)RFQ加速器和一臺(tái)DTL加速器組成，將碳離子加速后注入一個(gè)周長(zhǎng)為65 m的同步加速器中，并最后加速到430 MeV/u[27]。圖7[28]為IBA公司與俄羅斯科學(xué)家合作研發(fā)的一種新型緊湊型超導(dǎo)同步回旋加速器系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)6+離子和He2+加速到400 MeV/u，還可將質(zhì)子加速到265 MeV/u，是目前研發(fā)的最先進(jìn)的緊湊型醫(yī)用重離子加速器系統(tǒng)。

表2 [22] LBL的20Ne離子束治療效果Tab.2 The therapeutic effect of the 20Ne ion beam in LBL

圖6 NIRS新型緊湊型醫(yī)用重離子加速器布局圖Fig.6 The layout of a novel compact medical heavy ion accelerator

圖7 [28] IBA公司的C-400緊湊型超導(dǎo)同步回旋加速器Fig.7 IBA's C-400 compact superconducting synchrotron

在國(guó)內(nèi)，鑒于重離子放療技術(shù)在腫瘤治療上的顯著效果，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所（IMP）從1995年開始啟動(dòng)重離子治癌研究項(xiàng)目。2005年，IMP在蘭州重離子研究裝置(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou, HIRFL)的基礎(chǔ)上自主設(shè)計(jì)建成重離子治療淺層腫瘤裝置并開始收治病人。這使得中國(guó)成為國(guó)際上繼美國(guó)、德國(guó)、日本之后的第四個(gè)擁有重離子治癌技術(shù)的國(guó)家[29]。在HIRFL治癌研究的基礎(chǔ)上，IMP與武威榮華集團(tuán)和武威腫瘤醫(yī)院合作，已經(jīng)建成了武威緊湊型醫(yī)用重離子加速器（HIMM）[30]， HIMM成為國(guó)內(nèi)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的醫(yī)用重離子加速器，武威HIMM目前已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。HIMM由同步加速器、回旋注入器、離子源、束流傳輸線和四個(gè)治療終端組成。離子源產(chǎn)生12C6+束流，通過回旋加速器和同步加速器加速，引出到治療終端進(jìn)行腫瘤治療。表3[31]列舉了HIMM的重要參數(shù)。IMP未來新一代的醫(yī)用重離子加速器將對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)更加緊湊型的同時(shí)還會(huì)降低成本，這將更加有利于醫(yī)用重離子加速器的應(yīng)用以及重離子放療技術(shù)的推廣[25]。同時(shí)，醫(yī)用重離子加速器治療終端相關(guān)治療計(jì)劃系統(tǒng)和治療床的研究進(jìn)步，也將為重離子高精確放療技術(shù)提供重要的保障。當(dāng)前，中國(guó)多省市的醫(yī)用重離子加速器項(xiàng)目也正在建設(shè)規(guī)劃當(dāng)中。

表3 [31] HIMM裝置的重要參數(shù)Tab.3 Important parameters of the HIMM device

3 醫(yī)用質(zhì)子、重離子加速器及其放療技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 放療技術(shù)高精確化

未來醫(yī)用加速器放療技術(shù)發(fā)展的方向是基于先進(jìn)的質(zhì)子/重離子放療設(shè)備，綜合利用呼吸門控技術(shù)（Gating Technique）、實(shí)時(shí)成像及追蹤技術(shù)、精確擺位技術(shù)以及劑量引導(dǎo)、生物適形等先進(jìn)技術(shù)，以高治療增益為目的，實(shí)現(xiàn)腫瘤的高精確化放療?；卺t(yī)用電子直線加速器的精確放療，雖然在IMRT、IGRT和4DCT精確放療技術(shù)方面取得了顯著地進(jìn)步，但是由于X射線輻射劑量隨組織深度而成指數(shù)衰減的特性，就不可避免地對(duì)正常組織產(chǎn)生較大的損傷。而質(zhì)子和重離子在入射人體組織后存在集中沉積能量的Bragg峰，具有獨(dú)特的劑量分布優(yōu)越性，更適合于腫瘤的高精確化放療。治療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）在精確放療中扮演著重要的角色，醫(yī)用質(zhì)子加速器TPS系統(tǒng)中，美國(guó)Varian公司的Eclipse系統(tǒng)和日本Hitachi公司的系統(tǒng)已經(jīng)相對(duì)比較成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)強(qiáng)質(zhì)子治療（Intensity Modulated Proton Therapy, IMPT）、實(shí)時(shí)圖像門控質(zhì)子束治療（Real-time Image Gated Proton Beam Therapy, RGPT）、錐形束CT治療（Cone Beam CT,CBCT）等先進(jìn)治療計(jì)劃。由于重離子相對(duì)生物效應(yīng)（RBE）在體內(nèi)是變量，其計(jì)算理論基礎(chǔ)與質(zhì)子完全不同，醫(yī)用重離子加速器TPS目前正處于進(jìn)一步發(fā)展之中。另外，醫(yī)用重離子加速器用于放療的離子束主要是碳離子，重離子種類眾多，尋求更高治療增益的其它粒子也將是未來研究的方向。

3.2 設(shè)備集成化、小型化

醫(yī)用質(zhì)子加速器和醫(yī)用重離子加速器的集成化是未來研究發(fā)展的方向之一，即將質(zhì)子束和重離子束放療的功能集成于同一醫(yī)用加速器系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)復(fù)合治療、綜合利用、降低成本的目的。由于醫(yī)用重離子加速器系統(tǒng)和醫(yī)用質(zhì)子加速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成原理基本相同，目前世界上已有或在建的一些緊湊型醫(yī)用質(zhì)子/重離子加速器兼具有質(zhì)子和重離子放療的功能，如日本賓庫粒子束治療中心（HIBMC）、德國(guó)海德堡質(zhì)子重離子治療中心（HIT）、意大利國(guó)立質(zhì)子重離子治癌中心（CNAO）和中國(guó)上海質(zhì)子重離子醫(yī)院等[32]。高治療增益、小型化、低成本的需求推動(dòng)著醫(yī)用質(zhì)子加速器和醫(yī)用重離子加速器技術(shù)不斷的進(jìn)步。雖然近年來超導(dǎo)等先進(jìn)技術(shù)的使用，使得醫(yī)用質(zhì)子/重離子加速器更加緊湊，但是與人們期望的更加小型化的設(shè)備相比，仍然存在著較大距離。實(shí)現(xiàn)醫(yī)用加速器系統(tǒng)的更加小型化，并且降低治療成本，將是未來設(shè)備研究的重點(diǎn)。隨著激光加速（Laser Acceleration）、固定場(chǎng)交變梯度加速器（FFAG）、高梯度線性加速器（High-gradient Linacs）、超導(dǎo)磁鐵（Superconducting Magnets）等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，未來實(shí)現(xiàn)與當(dāng)今醫(yī)用電子直線加速類似的小型化粒子治療設(shè)備將不再遙遠(yuǎn)[33-34]。

3.3 系統(tǒng)智能化

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展對(duì)醫(yī)療設(shè)備的智能化提出越來越高的要求，智能化轉(zhuǎn)型是未來醫(yī)用質(zhì)子、重離子加速器等放療設(shè)備發(fā)展的必然趨勢(shì)。醫(yī)用加速器的智能化將有效結(jié)合高精確放療技術(shù)、現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)以及智能材料[35]等，實(shí)現(xiàn)放療過程的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化和動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化，減小因放療人員業(yè)務(wù)水平差異等因素對(duì)治療結(jié)果造成的影響。另外，可通過網(wǎng)絡(luò)建立更為強(qiáng)大的腫瘤放療數(shù)據(jù)庫, 實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)管理和資源共享，為腫瘤治療的綜合性研究提供更加廣闊的大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

4 結(jié)語

隨著腫瘤發(fā)病率的逐年遞增，可以預(yù)見，未來高性能醫(yī)用質(zhì)子、重離子加速器的市場(chǎng)需求十分廣闊。加速器技術(shù)、放療技術(shù)和各交叉學(xué)科的進(jìn)步為現(xiàn)代醫(yī)用質(zhì)子、重離子加速器的發(fā)展提供了良好的條件；《中國(guó)制造2025》的宏偉藍(lán)圖，為我國(guó)醫(yī)用質(zhì)子、重離子加速器及相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展迎來重大機(jī)遇。與國(guó)際同行相比，我國(guó)的醫(yī)用質(zhì)子、重離子加速器產(chǎn)業(yè)發(fā)展還不完善，要參與到高端放療設(shè)備的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)內(nèi)企業(yè)依然任重而道遠(yuǎn)。我們相信，隨著放療技術(shù)和加速器技術(shù)的發(fā)展及其廣泛應(yīng)用，一定會(huì)更好地造福于腫瘤患者。