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“楊主任，我現(xiàn)在能正常飲食，下地行走也沒問題，身體感覺很好，感謝你們。今天，我終于可以安心出院了?！痹诟拭C省武威重離子中心，69歲的黃大爺正在向副主任醫(yī)師楊乾滋描述自己的狀態(tài)。

黃大爺患有晚期肺癌，因肺部腫瘤太大，且緊貼胃腸，手術(shù)無法切除。2023年9月28日，經(jīng)過微創(chuàng)手術(shù)置入隔離器（紗墊）分開腫瘤和胃腸，再給予一次大劑量重離子治療，他成功得到救治。

當(dāng)高速離子在物體中行進(jìn)停止時(shí)釋放能量的布拉格峰被發(fā)現(xiàn)以來，人類一直在探索利用質(zhì)子和重離子治療癌癥的可能性。從1946年美國(guó)物理學(xué)家羅伯特·威爾遜首次提出用質(zhì)子束治療腫瘤的設(shè)想，到1994年日本千葉建成世界上第一個(gè)重離子治癌中心，一系列進(jìn)展引發(fā)全球高度關(guān)注。

在這一領(lǐng)域，中國(guó)毫不遜色，自主研制的重離子治癌裝置已落戶多個(gè)城市。這一國(guó)之重器不僅展示了我國(guó)在重離子治癌領(lǐng)域的領(lǐng)先實(shí)力，更代表著癌癥治療技術(shù)的巨大飛躍。重離子以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在癌癥放射治療領(lǐng)域獨(dú)樹一幟，被譽(yù)為當(dāng)今最先進(jìn)、最科學(xué)、最有效的療法之一。

1?從零開始，研發(fā)裝置

1988年，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所（以下簡(jiǎn)稱近代物理所）建成了我國(guó)第一臺(tái)大型重離子研究裝置——蘭州重離子加速器（HIRFL），不僅為我國(guó)中能重離子物理基礎(chǔ)研究提供了重要的實(shí)驗(yàn)條件，而且標(biāo)志著我國(guó)回旋加速器技術(shù)進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列。1991年，蘭州重離子加速器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室成立。1992年，該裝置獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

正是利用該裝置提供的多種不同種類和不同能量的重離子束流，科研人員完成了許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)，取得了以新核素合成和研究為代表的具有國(guó)際先進(jìn)水平的重要成果，也為接下來的重離子治癌奠定了基礎(chǔ)。

1993年11月的一天，寒風(fēng)呼嘯，但在近代物理所會(huì)議室內(nèi)，氣氛卻異?；馃幔?yàn)橐粓?chǎng)關(guān)于重離子大科學(xué)裝置未來如何應(yīng)用的研討會(huì)正在這里舉行。針對(duì)如何利用大科學(xué)裝置并激發(fā)出它最大價(jià)值的問題，每位與會(huì)人員都提出了不同的看法。

此時(shí)，時(shí)任重離子束應(yīng)用二室主任衛(wèi)增泉站上了講臺(tái)。他的報(bào)告題目是《生命科學(xué)研究》，其中詳細(xì)闡述了他關(guān)于開展重離子治癌研究的設(shè)想。

衛(wèi)增泉的發(fā)言猶如星星之火，瞬間點(diǎn)燃了在場(chǎng)科研人員的熱情。他們懷揣著發(fā)掘重離子生物學(xué)效應(yīng)巨大潛力的夢(mèng)想，紛紛提出了開展相關(guān)基礎(chǔ)研究的構(gòu)思。

作為衛(wèi)增泉的學(xué)生，近代物理所生物醫(yī)學(xué)中心主任李強(qiáng)仍然記得這項(xiàng)研究最初帶來的意義?！拔覀冎詻Q心研制重離子治癌裝置，是因?yàn)橹仉x子在加速器的賦能下，就如同精準(zhǔn)的手術(shù)刀，能夠直擊病灶，釋放出巨大能量，將癌細(xì)胞一舉殲滅。”

重離子治癌裝置不僅能有效防止癌細(xì)胞殘留和復(fù)發(fā)，而且對(duì)正常組織的毒副作用較小，能減輕放療給患者帶來的痛苦。因此，重離子治癌被稱為國(guó)際前沿的放療技術(shù)。

然而，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。由于相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)缺失、國(guó)內(nèi)研究基礎(chǔ)薄弱，近代物理所的科研人員面臨著從零開始、追趕國(guó)際研究步伐并實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的艱巨任務(wù)。

“那時(shí)候，我們雖然知道重離子治癌的巨大潛力，但作為一家科研單位研發(fā)大型醫(yī)療器械還是頭一遭?！苯锢硭L(zhǎng)、醫(yī)用重離子加速器產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目負(fù)責(zé)人肖國(guó)青回憶道。即便困難重重，但為了實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)技術(shù)零的突破，所有科研人員都憋著一股勁兒，誓要啃下這塊“硬骨頭”。

1995年6月，重離子治癌技術(shù)研究項(xiàng)目“核醫(yī)學(xué)和放射治療中先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)研究”入選國(guó)家攀登計(jì)劃B，得到了國(guó)家和地方的支持與配合。相關(guān)部門為研究提供了各種人體腫瘤標(biāo)本，使近代物理所能夠建設(shè)配備尖端儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室，全面開展放射生物學(xué)、醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究以及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

在前期探索中，一個(gè)核心問題是如何根據(jù)腫瘤深度與大小精確匹配所需要的能量。這就像一場(chǎng)精準(zhǔn)的導(dǎo)彈打擊，既要確保能量深入腫瘤，又要避免傷害健康組織。

衛(wèi)增泉帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)首先探究了不同的腫瘤深度所需要的不同離子束能量。同時(shí)，為了解決離子束照射形狀須等同于腫瘤形狀的問題，他們調(diào)整光闌、調(diào)制束流，創(chuàng)造出符合腫瘤形狀的立體劑量球。由此，人為控制重離子束能量和束流形狀的方法誕生了。

模擬重離子輻照腫瘤形狀的立體劑量球。近代物理所供圖

經(jīng)費(fèi)受限讓科研人員只能建造一個(gè)用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的局部屏蔽小室，滿足基本實(shí)驗(yàn)需求。

“在諸多重離子中，哪種實(shí)驗(yàn)效果最好，是碳離子、氮離子還是氬離子？”衛(wèi)增泉團(tuán)隊(duì)選擇動(dòng)物腫瘤細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，并在蘭州大學(xué)生物系的支持和配合下，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)、多次總結(jié)、逐步改進(jìn)，最終發(fā)現(xiàn)在所有重離子中碳離子效果最好。

此刻的成功讓衛(wèi)增泉十分激動(dòng)。這意味著，他在1993年提出的設(shè)想終于變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，同時(shí)也讓團(tuán)隊(duì)信心倍增。

隨后一系列令人振奮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，重離子治療對(duì)人體腫瘤細(xì)胞同樣有效。這些基礎(chǔ)研究為重離子治癌臨床研究積累了寶貴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為后續(xù)治療技術(shù)的研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2?突破瓶頸，攻克難題

2006年3月1日，我國(guó)第一個(gè)淺層腫瘤重離子治療裝置通過專家組的鑒定驗(yàn)收。這意味著具備了淺層腫瘤重離子治療臨床試驗(yàn)的條件。

同年11月，研究團(tuán)隊(duì)首次利用重離子治療技術(shù)對(duì)4例癌癥患者進(jìn)行了前期臨床試驗(yàn)。臨床試驗(yàn)的順利開展，使我國(guó)成為世界上第四個(gè)成功開展重離子臨床治療的國(guó)家。

隨后一年里，研究團(tuán)隊(duì)與醫(yī)院緊密合作，利用碳離子束對(duì)第二批9例患者和第三批14例患者進(jìn)行了腫瘤治療。這27例患者涉及12種不同癌癥類型，均取得顯著療效。大多數(shù)患者的腫瘤完全消失，其余患者的腫瘤有了不同程度的縮小。

更令人欣喜的是，在整個(gè)治療過程中，所有患者未出現(xiàn)任何局部或全身的不良反應(yīng)。這一成果充分展示了碳離子放射治療在多種癌癥治療中的巨大潛力和安全性。2006年至2009年，近代物理所共進(jìn)行了103例體表腫瘤前期臨床試驗(yàn)研究。

醫(yī)學(xué)物理師利用水箱驗(yàn)證重離子射線能量。袁海博/攝

2007年1月24日，為推動(dòng)重離子治癌的研究與應(yīng)用，中國(guó)科學(xué)院蘭州分院、近代物理所，相關(guān)政府部門、醫(yī)療單位，以及國(guó)內(nèi)放療專家、加速器技術(shù)和核物理專家齊聚一堂，共同組建了重離子治癌協(xié)調(diào)小組。

同時(shí)，近代物理所掛牌成立了“甘肅省重離子束治療腫瘤臨床研究基地”，重離子治癌技術(shù)研究與應(yīng)用翻開新的篇章。

2008年7月，蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)通過國(guó)家驗(yàn)收。得益于中國(guó)科學(xué)院部署的重大項(xiàng)目，近代物理所完成了深層治療實(shí)驗(yàn)終端建設(shè)，并實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)的重大突破。

2009年，科研人員決定利用新建的蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)提供的高能碳離子，開展深部腫瘤前期臨床試驗(yàn)研究。

“2009年至2013年，一共有110例深部腫瘤患者入組，勇敢地參與了前期臨床試驗(yàn)研究。與此同時(shí)，我們也緊鑼密鼓地進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化工作，致力于研發(fā)一臺(tái)真正意義上的醫(yī)用重離子加速器大型醫(yī)療器械。”肖國(guó)青說。

3?初遇挫折，落地甘肅

2009年3月，近代物理所所長(zhǎng)辦公室，肖國(guó)青心里有些著急。他緊盯著墻上的一幅地圖，指著地圖上畫圈的地方說：“好幾年了，現(xiàn)在重離子治癌中心仍未能落地，一切計(jì)劃都還處于紙上談兵的階段?！?/p>

技術(shù)上的信心如何變成現(xiàn)實(shí)中的治療中心呢？肖國(guó)青想得很清楚：“近代物理所只是一家研究單位，不可能自己投資建設(shè)一個(gè)治癌中心，這種事還是要交給企業(yè)來做。”

于是，各地聞風(fēng)而動(dòng)。廈門、廣州、福州等城市不斷與近代物理所接觸，爭(zhēng)建國(guó)內(nèi)首家重離子治癌中心。

“我們的研發(fā)基地、加工基地、人才基地都在蘭州，從感情上講，我們更希望這家中心能落戶甘肅?！毙?guó)青明白，眼下最重要的事還是將重離子治癌裝置市場(chǎng)轉(zhuǎn)化落到實(shí)處。不過，一臺(tái)專用裝置造價(jià)不菲，有些城市因此打起了退堂鼓。

更何況，科研裝置與臨床應(yīng)用的大型醫(yī)療器械之間存在鴻溝，不僅需要技術(shù)突破及資金與人才雙重保障，更需要醫(yī)療系統(tǒng)的充分信任。

“大型醫(yī)療設(shè)備不僅需要得到國(guó)家衛(wèi)生健康主管部門的配置許可，還需要考量醫(yī)院資質(zhì)等多方面因素。同時(shí)，這些設(shè)備必須獲得國(guó)家藥品監(jiān)督管理部門的醫(yī)療器械注冊(cè)證，才能正式投入臨床治療。為了獲得這些認(rèn)可，我們只能不斷探索，走出屬于自己的一條路?！崩顝?qiáng)說。

重離子治療設(shè)備審批要求極為嚴(yán)格，再加上此前并無同等體量的國(guó)產(chǎn)醫(yī)療器械報(bào)批先例，使得從樣機(jī)調(diào)試、設(shè)備檢測(cè)到臨床試驗(yàn)、審批注冊(cè)，每一步都如履薄冰，稍有不慎就可能功虧一簣。

基于多方面原因，沒有找到一線城市的大醫(yī)院做“第一個(gè)吃螃蟹的人”。團(tuán)隊(duì)成員眼看耗費(fèi)十幾年心血的研究成果無法落地，那種失落和迷茫幾乎讓人窒息。每個(gè)人都在心里默默地問自己：做這件事到底有沒有意義？

為了讓首臺(tái)國(guó)產(chǎn)醫(yī)用重離子加速器成功落地，研究團(tuán)隊(duì)決定轉(zhuǎn)換思路。

2012年5月2日，投資16億元的重離子腫瘤治療中心終于在甘肅省武威市榮華生化工業(yè)園區(qū)開工建設(shè)。這標(biāo)志著惡性腫瘤治療中心正式落戶甘肅武威，重離子治癌技術(shù)研發(fā)也從基礎(chǔ)研究向民生應(yīng)用邁出了實(shí)質(zhì)性的一步。

4?艱難起步，初具雛形

武威位于甘肅省中部，地處河西走廊東端。它是絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶甘肅段的重要節(jié)點(diǎn)城市，也是國(guó)家歷史文化名城。

然而，2012年武威重離子中心剛開始建設(shè)時(shí)，還只是一座孤零零矗立在荒漠中的大樓。除了黃沙，四周就是無盡的曠野。

在武威城東、騰格里沙漠南緣這片不毛之地，建設(shè)者們面臨著環(huán)境惡劣、經(jīng)費(fèi)緊張、團(tuán)隊(duì)力量薄弱等諸多挑戰(zhàn)。然而，堅(jiān)韌的他們卻像釘子一樣，深深扎進(jìn)這片荒涼的土地，用毅力和智慧克服了一個(gè)又一個(gè)困難。

他們自創(chuàng)了“三級(jí)衰變涼水塔回用”技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了放射性污水零排放，解決了次生沙漠地帶接地電阻嚴(yán)重超標(biāo)問題，還妥善解決了風(fēng)沙大、潔凈度超標(biāo)的難題。

對(duì)于近代物理所副所長(zhǎng)楊建成來說，那段日子刻骨銘心?！白畛醯墓ぷ鳝h(huán)境異常艱苦，我們只能擠在泡沫板上勉強(qiáng)休息?！?/p>

安裝調(diào)試重離子治癌裝置的團(tuán)隊(duì)里有幾十位科研人員。調(diào)試初期，進(jìn)展不盡如人意，而裝置精度要求很高，每個(gè)細(xì)節(jié)都考驗(yàn)著他們的耐心和智慧。

以磁場(chǎng)精度為例，磁鐵參數(shù)要達(dá)到萬分之二的均勻度，而當(dāng)時(shí)研究團(tuán)隊(duì)只能達(dá)到萬分之三。離子在加速器中一秒大約跑300萬圈，如果精度不符合要求，離子束每一圈都會(huì)跑偏，在300萬圈之后，離子束就不能擊中靶心。

科研人員反復(fù)對(duì)部件進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)半年的努力，終于達(dá)標(biāo)。團(tuán)隊(duì)成員所有的疲憊和煎熬在那一刻都煙消云散。平時(shí)并不喜歡拍照的楊建成，當(dāng)即用照片記錄下了這個(gè)歷史性的突破瞬間。

我國(guó)第一臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的醫(yī)用重離子加速器裝置正式誕生，科技力量在這片荒涼的土地上生根發(fā)芽。

醫(yī)用重離子加速器-同步加速器。袁海博/攝

5?布局全國(guó)，走向市場(chǎng)

2018年11月6日，醫(yī)療團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人輕輕按下按鈕，首臺(tái)國(guó)產(chǎn)醫(yī)用重離子加速器裝置正式開始治療第一例患者。

“我們避開了國(guó)外設(shè)備的技術(shù)專利，設(shè)計(jì)了一套獨(dú)特的回旋加速器與同步加速器組合結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)將整個(gè)加速器的周長(zhǎng)縮短至56米，而同一級(jí)別的歐洲醫(yī)用加速器周長(zhǎng)達(dá)75米，日本加速器的周長(zhǎng)也有62米?！睏罱ǔ筛嬖V記者，細(xì)節(jié)決定成敗，在大型醫(yī)療器械建造中更是如此。

2015年12月底，武威重離子醫(yī)療裝置建成出束。這臺(tái)裝置超過95%的零部件都是國(guó)產(chǎn)的，不僅性能、品質(zhì)與進(jìn)口設(shè)備不相上下，而且價(jià)格僅為進(jìn)口設(shè)備的1/3，還省去了每年高昂的維護(hù)費(fèi)用。

2019年9月29日，我國(guó)首臺(tái)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)醫(yī)用重離子加速器裝置“碳離子治療系統(tǒng)”正式獲批并投入運(yùn)營(yíng)。截至2024年2月24日，武威重離子治療裝置已治療患者1133例，效果顯著。數(shù)據(jù)顯示，46例臨床試驗(yàn)受試者的3年局部控制率達(dá)到84%。

與進(jìn)口設(shè)備相比，國(guó)產(chǎn)重離子治療設(shè)備不僅技術(shù)先進(jìn)、維護(hù)費(fèi)用低、性價(jià)比高，還能提供持續(xù)的技術(shù)升級(jí)服務(wù)。當(dāng)下，自主創(chuàng)新的重要性日益凸顯?！皥F(tuán)隊(duì)不僅要做出醫(yī)用重離子加速器，還要做得更好，走在世界前列?！崩顝?qiáng)說。

醫(yī)用重離子加速器研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化團(tuán)隊(duì)。袁海博/攝

如今，醫(yī)用重離子加速器正在多地如火如荼地建設(shè)。福建莆田的項(xiàng)目裝置整機(jī)調(diào)試已達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，正準(zhǔn)備進(jìn)行設(shè)備注冊(cè)檢測(cè)；湖北武漢的項(xiàng)目裝置主設(shè)備已安裝完畢，即將開始調(diào)試；浙江杭州的項(xiàng)目裝置主設(shè)備也已經(jīng)入場(chǎng)安裝。

重離子治療對(duì)許多實(shí)體腫瘤都有顯著療效，尤其是那些不宜手術(shù)、對(duì)常規(guī)射線不敏感或治療后復(fù)發(fā)的腫瘤。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和研究的深入，其適應(yīng)癥范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。

現(xiàn)有的設(shè)備數(shù)量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)龐大的癌癥患者群體的需求。因此，醫(yī)用重離子加速器的未來發(fā)展方向是小型化、低成本。

楊建成透露，他們正在研發(fā)的第二代醫(yī)用重離子加速器占地面積、耗電量都將大幅減少，價(jià)格也會(huì)更加便宜。他們的目標(biāo)是，第二代產(chǎn)品的占地面積僅為第一代的1/3，耗電量減少到1/4，并融入20多項(xiàng)國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵專利技術(shù)。

“下一步，我們可能采用超導(dǎo)方案，將醫(yī)用重離子加速器縮小到一個(gè)幾百平方米的房間內(nèi)。”肖國(guó)青期待，未來有更多醫(yī)院配備重離子加速器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備造價(jià)和患者治療費(fèi)用“雙低”。

李強(qiáng)則有更遠(yuǎn)的夢(mèng)想：“希望我國(guó)能成為繼日本、德國(guó)之后第三個(gè)重離子治療技術(shù)研發(fā)中心，并在這個(gè)領(lǐng)域制定更多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。”

展望未來，他們希望持續(xù)攻關(guān)重離子治療核心技術(shù)，在國(guó)際癌癥放射治療領(lǐng)域扎牢根基、行穩(wěn)致遠(yuǎn)。

（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》?2024-04-15?第4版?專題）