超導質子醫療系統是目前高端醫療裝備中最復雜的系統之一，致力于腫瘤治療關鍵科學問題。對于腦部良惡性腫瘤、脊髓腫瘤、腦血管疾病、頭頸部腫瘤、眼部病變、胸腹部腫瘤、兒科腫瘤等疾病均有較好的療效。

作為一種新型的放療技術，是目前國際公認的先進的腫瘤治療方法。患者只需躺在床上，質子治療系統便能瞄準腫瘤細胞，實現對癌細胞精準打擊，具有治療效果好、副作用小、患者恢復快的特點。

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在此之前，我國在質子醫療領域缺少核心技術，核心部件都需要從國外質子醫療領先國家進口，在這種受制于人的情況下，中國科學院合肥研究院質子治療系統研發團隊歷經五年，依靠對全超導托卡馬克大科學裝置所取得的科技成果進行轉化，自主研發包括SC200、SC240等不同能量等級的超導質子治療系統，于2021年3月順利引出質子束流，實現了質子治療系統的核心部件國產化。同年7月獲得國家衛健委質子放療系統準予許可，9月面向全國招募質子放療臨床研究志愿者。2022年2月首位鼻腔淋巴瘤患者經過質子放療后病灶消除。

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我國自研的超導質子醫療系統究竟領先在哪里？這都歸功于它的幾大關鍵部件，其中包括治療端系統、運輸線系統、選能段及加速器系統。

治療端系統：為將加速器引出的束流擴展成較大且均勻的質子流，覆蓋所有腫瘤橫向面積，需要有一個束流配送系統。為了將質子流形成一個擴展布拉格峰，能照射到腫瘤的整個縱向深度，需要有一個束流能量調制器。所有這類專用功能的部件，共十多種都裝在治療頭內。例如：

① 降能器：用于較大幅度降低質子能量，常用的降能器是一個石墨柱體，外加不銹鋼殼作為保護。

② 轉動調制器：用于質子束的射程調制。

③ 二進制調能器：用于射程細調。

④ 射程補償器：確保擴展Bragg峰后沿恰好落在靶區后方邊界上。

⑤ 散射系統：目前運用最廣泛的束流擴展系統，其中單散射系統只適用于照射野很小的情況，大量應用的都是雙散射系統。

⑥ 準直器：用于限制照射野，一般配有射程監測器監測質子射程。

⑦ 定位系統：用于使質子束精確地輻射在腫瘤病灶部位。

運輸線系統：束流通過輸運線系統傳輸到治療室，然后患者在治療室接受質子治療。由四級鐵和二極鐵等部件組成，四極鐵能將束流聚焦，二極鐵可以改變束流的方向，使束流發生偏轉。束流在傳輸的過程中，會出現發散的情況，因為束流的速度達到光速的60%，很難控制。必須通過多個一組的四極鐵進行約束。

選能段：質子治療時要根據腫瘤本身深度和厚度用不同能量的質子，而回旋加速器引出的質子流能量是固定的，因此要在加速器與治療頭之間有一個能量選擇系統，這個系統由降能器與離子光學用的各種磁鐵與測量元件所組成。當質子通過石墨層時，石墨厚度大則降低的能量越大，故用不同的厚度就可以得到不同的降能。當加速器引出的230MeV 固定能量的質子進入能量選擇系統，通過調節降能器的不同厚度，就可以在輸出端得到從 70MeV 到 230MeV 連續可調的不同能量的質子流。

加速器系統：加速器是整個系統的心臟，是產生質子束流的地方，束流通過電磁場的作用，被加速到光速的60%左右，引出加速器。

該國產化系統研制成功并正式投入使用后，將有望降低國內患者的治療成本，提高患者治療期間的生活水平。同時，將提升我國高端醫療設備的治療和產業化水平。

這么精密的儀器到底是怎么治療腫瘤的呢？由于癌細胞分裂率高，修復受損DNA的能力低，其DNA特別容易受到攻擊，所以質子治療瞄準腫瘤細胞的DNA進行精準打擊。當DNA上的大量基因被破壞到無法修復時，腫瘤細胞就會停止分裂或死亡，起到治療腫瘤的效果。與傳統的放射治療相比，傳統的放射治療光子進入人體后輻射劑量變大，使得正常的組織也受到大劑量的照射，患者會發生嘔吐、眩暈、惡心、組織機能損傷甚至復發腫瘤，而質子治療利用質子直線加速，進入人體后大部分能量集中在射程末端，形成一個尖銳的能量峰，稱為布拉格峰。布拉格峰可以準確瞄準并殺死癌變細胞且不損傷周圍正常組織，從而達到良好的治療效果。

來源: 數字化科普小課堂