真空技术给癌症患者带来希望

  癌症,是许多人的梦魇,也是全社会竭力征服的对象。  根据世界卫生组织发布的《全球癌症报告》(2018年版)数据显示,仅2018年一年全球新增1810万癌症病例,死亡病例960万人,占

  癌症,是许多人的梦魇,也是全社会竭力征服的对象。

  根据世界卫生组织发布的《全球癌症报告》(2018年版)数据显示,仅2018年一年全球新增1810万癌症病例,死亡病例960万人,占到全球死亡病例的近六分之一。

  但与此同时,人类关于抗癌的研究从未停止。近年来,通过对快速、有效且具有针对性的癌症治疗方法的不断探索,离子束治疗引起了特别关注。离子束治疗所具备的高精度和高效的辐射形式可以用于治疗癌症肿瘤,并将常规放射治疗过程给患者造成的痛苦副作用保持在最小。那么,要想让离子束充分发挥其对抗癌症肿瘤的作用,为患者提供精准、高效的治疗,可靠、强大的真空解决方案将起到决定作用。

  精准捕杀癌细胞,离子束治疗解决技术难题

  在过去多年的实践中,成功治疗肿瘤的常规放射治疗都是用 X 射线或 γ辐射照射肿瘤。然而,某些肿瘤对这种类型的辐射完全不敏感或几乎不敏感,特别是在肿瘤位于身体深处或者肿瘤附近有对放射敏感的组织时,常规放射治疗会受到限制:在技术上,无法在不损伤周围组织的前提下,用足够高的剂量照射肿瘤,继而也无从达到癌症肿瘤治疗的效果和目的。

  而离子束治疗则完全能解决这一技术难题。当离子借助于粒子加速器被赋予高能量,从而到达光速的四分之三以上。在连至患者的最后一个计量器上,光束被压缩到仅有几毫米宽度,且横向散射极小,边界清晰。由于离子速度高、质量大,在组织中能具有很大的活动纵深,即便是位于身体深处的肿瘤也可以用足够高的剂量实现精确照射。由此可以最好地保护肿瘤周围的健康组织免受离子束辐射。针对位于治疗射束照射角度中的组织,离子会在路径的最后,在停止之前一次性地将能量释放到组织中,随后其剂量会急剧下降,以避免位于肿瘤后面的组织受到影响。

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图1:MIT 配有电脑化机器人的治疗台(来源:马尔堡离子束治疗中心)

  作为新型放疗方法,目前离子束治疗包含质子重离子治疗和硼中子俘获疗法(BNCT):

  · 质子重离子治疗——曾被称为“癌症的终极克星”,是世界上非常先进也比较昂贵的放疗技术。通过把氢原子核(质子)或碳离子等(重离子)加速到70%光速来治疗肿瘤。这种高精度和非常有效的辐射形式可以用于治疗癌症肿瘤并将常规放射治疗的痛苦副作用保持在最小。

  · 硼中子俘获疗法治疗——国际上最新出现的前沿癌症治疗手段,它是放射与药物结合的二次、靶向、细胞级精准放疗,利用中子与肿瘤内的硼元素发生核反应所产生的重离子来摧毁癌细胞的一种放射性疗法。对周围细胞组织损伤小,对于侵入性、多发性、复发性、抗辐射性、不能手术的癌症,以及放射治疗适应不良的癌症都可以尝试。

  打造超高真空环境,普发全套方案支持癌症治疗

  无论是离子束治疗的哪一种疗法,先决条件都是产生离子束的高纯度真空条件。

  只有在类似于超高真空这种几乎没有分子的空间中,才能以所要求的质量产生和传输离子束,而如果离子束在其传输途中与大气气体颗粒接触,则会损失能量并发生偏转,即便加速器系统中只存在极少量的气体,也会损害离子束的功能和质量,从而影响治疗。因此,要想在没有任何损失的前提下将光束加速到非常高的速度并被引导到患者,离子束必须在真空中进行引导和成束,并且从机器起始处的离子源一直到患者位置前方的出口窗口处,离子束穿过机器的整条路径都需要在真空中进行。

  出于对高真空环境的严格要求,用于打造真空环境的真空泵必须可靠、强大且清洁。由于离子束治疗机器会被每天 24 小时用于治疗和研究,真空系统自然需要保持全年每天 24 小时的运行。因此,模块化设计和长使用寿命也是对真空设备的重要要求。可以说,真空解决方案在离子束治疗癌症肿瘤的过程中扮演着必不可少的角色。

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图2:到45°辐照站的光束导向系统,配有普发真空提供的解决方案(来源:马尔堡离子束治疗中心)

  鉴于如此全面的要求,普发真空极具针对性的为离子束治疗打造了最可靠、最优质的真空解决方案,并在德国马尔堡离子束治疗中心(MIT)得到了全面应用。马尔堡离子束治疗中心是第三个欧洲离子束治疗系统,和海德堡在 2009 年投入运行的第一个系统一样,依赖于普发真空的解决方案为其离子束治疗机配备真空系统。而在普发真空的真空解决方案中,包括了涡轮分子泵、隔膜泵、质谱仪、真空计,以及多种真空附件产品。

  · 隔膜泵——在MIT,隔膜泵被用作涡轮分子泵的前级泵。普发真空的隔膜泵十分紧凑,是集成到系统中的最佳选择。其优点在于绝对干燥的无油真空、隔膜使用寿命长、低震动和噪音、高操作可靠性、因为膜和阀门更换简单而易于维护,由于适用了双电压电机或直流驱动器,可在全球范围内使用。

  · 涡轮分子泵——涡轮分子泵为MIT生成所需的超高真空条件。凭借其高性能和可靠性以及极高的经济性和效率,是满足离子束机器要求的最佳解决方案。其优点包括经验证的轴承系统实现了高可靠性,设计、技术组件和泵速度等级的差异实现了灵活性,高度发达的泵设计实现了高压缩性能和高效率、低能耗、很长的保养间隔周期。

  · 质谱仪——MIT使用普发真空的PrismaPro质谱仪在真空系统中进行残余气体分析。PrismaPro兼具高灵敏度、稳定性和智能处理能力,是最佳解决方案。其优势在于模块化设计实现了最佳适应,紧凑的尺寸和高性能,通过各种接口实现了方便的系统集成,通过以太网联网,高测量速度、稳定性和分辨率。

  · 真空计——普发真空ActiveLine 和DigiLine的高精度真空测量仪器,帮助MIT的离子束治疗系统实现间距模拟和数字输出。该真空计完美适用于离子束系统的要求,并具有诸多优点,如磁性杂散场最小、轻松集成、耐用且易于维护。

  · 普发真空的服务——在MIT,所有真空设备的维护工作均由普发真空的服务专家提供。多种服务组合可供客户从中选择所需的模块,其中包括快速、优质的全球服务,用户培训和产品培训,普发真空原装设备和工具,由普发真空的服务工程师提供的包括组件和系统调试、检修、保养、维修、泄露检测和气体分析在内的全面的现场服务,在普发服务中心的保养和维护、产品更换,以及定制服务协议来满足客户需求等。

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图3:应用于离子束治疗设备的普发真空产品,

从左向右依次为:隔膜泵、涡轮分子泵、质谱仪、真空计

  整个真空系统可以根据离子束机的具体要求进行精确地调整,真正实现了即使在使用频率很高的情况下,也可以保证高质量产品正确可靠的操作,以满足离子束机器的运行要求。

  离子治疗实践应用,助力国内自主产权设备产业化发展

  除了马尔堡离子束治疗中心(MIT)的成功应用之外,普发真空的真空解决方案也已经在国内多家质子重离子医院临床治疗中得到应用。早在2008年,上海质子重离子医院引进1台德国西门子公司医用质子/重离子加速器商业装置,并于2015年5月正式投入使用,至今该治疗系统已累计治疗肿瘤患者约2000人。

  更值得一提的是,我国首台自主知识产权的重离子治疗系统已于今年6月装配于甘肃省武威肿瘤医院,正式投入临床治疗。据公开数据显示,截至7月中旬,全国各地已有2000余名肿瘤患者前往武威预约治疗。与国际上流行的以直线加速器为注入器和同步加速器为主加速器的重离子治疗系统相比,武威重离子治疗系统采用回旋注入与同步主加速相结合的技术路线、电荷剥离注入、紧凑型同步加速器、多治疗模式和个性化治疗室布局等独特设计,突破了国外产品的专利壁垒,提高了性价比、降低了运行维护成本,实现了国产重离子治疗设备零的突破,填补了国内在自主研发重离子治疗系统和临床应用能力的空白。

  现如今国内自主知识产权的重离子治疗设备已经进入到产业化阶段,市场需求和前景巨大。真空系统作为重离子治疗设备中的重要部件,涵盖中、高真空范围,为设备的运行提供重要的基础条件。作为真空技术解决方案供应商,普发真空将国外先进的解决方案带入了中国市场,助力国内重离子治疗设备的自主研发和产业化发展。

  结束语

  征服包括癌症在内的各种病症,是人类一直积极致力的方向。普发真空提供全面的产品来支持癌症肿瘤离子束疗法,并将随着治疗技术提质增效和创新步伐的加快,不断努力创新,通过不断优化的真空解决方案来帮助提升癌症治疗的安全性和可靠性,造福更多中国的癌症患者。

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