首台国产医用重离子加速器诞生记

　　舌根处长了“拇指”大小的肿块，说话“呜噜呜噜”，吞咽困难，晚上还疼得睡不着觉，身体出现异样后，家住宁夏回族自治区的张明（化名）走过一条漫长的求医路。

　　“确诊舌根癌后，不少医生建议我进行切除手术，舌头、咽喉等器官都要摘掉。”在张明看来，这相当于给自己宣判了死刑，“没有吞咽功能、没有语言功能、没有味觉，活着没有意义了”。

　　“我想要保障后半辈子的生命质量。”今年3月，张明在朋友的推荐下，来到了甘肃省武威肿瘤医院重离子中心（以下简称“武威重离子中心”）接受治疗。“我就是奔着科学来的。”他说。

　　张明口中的“科学”指的是装配在武威重离子中心的我国首台自主知识产权的医用重离子加速器。所谓重离子，是指质量数大于4（即原子序数大于2）的原子失去部分或全部电子后形成的带电粒子。重离子加速器就是能产生重离子并利用重离子开展实验的装置。

　　目前，手术治疗、化学治疗、生物治疗和放射治疗是公众普遍知晓的癌症治疗方式。医用重离子加速器是采用哪种方式治疗癌症的？它的治疗原理和优势是什么？背后的关键技术研发和产业化应用又经历过哪些艰辛和不易？带着这些疑问，中青报·中青网记者近日走进国产医用重离子加速器的“娘家”——中国科学院近代物理研究所（以下简称“近代物理所”）。

　　设想

　　最先映入眼帘的是一行题词：“加速器加速科学进步，重离子重在造福人民”。在近代物理所，重离子加速器是核物理基础研究的核心设备。每一代重离子加速器的设计和建造，实际上与癌症治疗并没有直接关系。

　　近代物理所原副所长靳根明回忆，1973年，所里正式提出自力更生设计建造大型重离子加速器的设想。在得到原国家计划委员会的正式批准后，该所与全国100多家企事业单位合作，于1988年底，将我国第一台大型重离子研究装置“兰州重离子加速器”联调成功。

　　“它的面世，不仅为我国开展重离子物理基础研究和应用研究提供了前所未有的良好条件，也标志着我国回旋加速器技术当时进入国际先进行列。”靳根明说。

　　5年后，在1993年甘肃天水举行的一场学术会议上，近代物理所原重离子束应用二室主任卫增泉阐述了关于开展重离子治癌研究的科研想法。

　　这个提议，拉开了国产重离子加速器技术进行医用转换的帷幕。

　　彼时，国际上对于“重离子治癌”已有相关研究。利用磁场和电场的组合体，重离子加速器将飞驰的离子“炮弹”聚成又细又密的一束，加强火力；与此同时，它又像个“交警”，指挥“炮弹”拐弯，把能量不符合要求的离子“炮弹”飞离出去。

　　科学家们将离子束应用于不同领域。把它引向癌细胞，它就是对抗癌症的“利器”。

　　然而，在20世纪90年代，要推动“重离子治癌”从设想变为现实，并不是一件容易的事。它需要扎实的研究基础——核物理及其交叉学科的研究；还需要先进的工具——能够产生巨大能量离子束流的大型加速器装置。

　　实验

　　近代物理所在重离子加速器领域的技术积累长达数十年，且已拥有“兰州重离子加速器”这一大科学装置，将其缩小，是否就能得到治癌的医疗“利器”？

　　很快，科学家们认识到，开展科研的大科学装置与医用重离子加速器（高端医疗器械）存在很大差异，“并不仅仅是缩小那么简单”。

　　“医用重离子加速器的设计除需要考虑可靠性、安全性之外，还要考虑它的造价、成本、可推广性。”近代物理所副所长杨建成说，“它要非常紧凑，同时能为更多病人提供治疗终端，节省整个治疗费用。”

　　此前，美国已将“氖离子束”应用于临床探索；日本则筹建起世界上首台医用重离子设备HIMAC；德国也拥有重离子束治癌装置HITAG。在掌握核心技术的同时，这些国家也进行了相关知识产权的布局。

　　设计过程中，杨建成和团队成员与时间赛跑，每天只休息不到5个小时。经过数月攻关，他们拿出了一套自主设计的方案。

　　以医用重离子加速器使用二极磁铁的数量为例，日本设备使用了18块二极磁铁；德国有6块、12块两种方案。杨建成团队则下了很大功夫，反复试验，最终决定使用8块二极磁铁的架构。该装置同步加速器部分的周长缩短至56米，有别于德国的75米、日本的62米，是目前世界上最小的重离子治疗专用装置。

　　设计有了雏形，科研人员又着力于解决离子束的能量问题——要求在不同深度、不同形状的肿瘤区域内，获得均匀稳定的束流照。这就要对束流强度、稳定性等进行控制。

　　“像一场精准的导弹打击，既要确保能量深入肿瘤，又要避免伤害健康组织。”杨建成说。