广东粒子治疗装备可...doc

1、 广东粒子治疗装置可行性评估报告(初稿)内部资料未经许可不得外传二七年七月2一、序言在人类进入知识创新的 21 世纪，新技术、新方法、新设备的出现和应用正在丰富发展着社会各个方面，其中，在医学和医疗的各个领域，应用新技术、新方法、新设备来治疗对人类生命威胁最严重的恶性肿瘤是广大医务人员最关心，也是众多肿瘤患者最为期盼的，具有重大的医学、医疗价值和社会效益。目前常用的肿瘤治疗方法，基本上可概括为手术、放疗与化疗三种，彼此互补兼容。据统计，70%的肿瘤患者，不论手术与否，都需要放疗。可以预测，在未来几十年，放射治疗仍是治疗肿瘤的最主要方法之一，有很长时间的发展空间。当前放射治疗所采用的粒子类型有电

2、子、质子、重离子及用电子产生的 X 射线和伽玛射线，这些不同粒子在人体内的不同能量衰减特性带来不同的治疗效果。近十年来，多达 5 万多个临床病例的实践证明，质子治疗效果优于电子、X 射线和伽玛()射线，相比重离子治疗 装置，在技术上更为成熟稳妥，造价又便宜得多。可以说，从技术、经济及装置的性价比来考虑，在今后相当长时间内，质子治疗仍是临床上最先进的肿瘤放射治疗方法。本报告分析了在中国广东开展粒子治疗装置的研制和建设的可行性，探讨了国产化进程及工程技术队伍和医疗队3伍的培养等。二、粒子治疗的必要性癌症是当今人类最难对付的严重疾病之一，在发达国家已成为人类的第一杀手。癌症预防和治疗是当前包括我国在

3、内的世界各国医疗界及相关政府部门最为关注的一个热点之一。美国医疗界的权威年度统计报告上的公布数据表明，美国的癌症死亡率已经超过心脏病死亡率，2004 年约有 55万 4 千人死于癌症，约占美国全部死亡人数的 1/4。我国的全国肿瘤防治办公室的调查资料也显示，我国每年因癌症死亡人数约为 140 万，占我国死亡总人数的 20，并且仍在以每年 1.3的速度增加。几十年治疗癌症实践表明，放射治疗是诸多治疗手段中极为重要的一环。近年来，由于多维适形调强治疗技术的发展,癌症放射治疗的治愈率和有效控制率明显提高，放射治疗使某些早期局部性肿瘤获得根治。同时放射治疗对癌症所在部位周围的器官及其功能的保留有重要意

4、义，可以改善患者的生活质量。在诸多放射治疗手段中，尽管常规的放射治疗（电子、X 和 -射线）在某些肿瘤的治疗上已表现出较好的疗效，但由于电子、X 和 -射线在人体内产生的剂量随入射深度指数衰减，致使肿瘤前后的正常组织也受到一定程度的损伤，治疗效果不够理想。据统计，在所有的常规放射治疗4病人中约有 30%以上局部失控，从而导致治疗失败。质子治疗由于质子具有布拉格峰物理特性，质子治疗在照射时可使剂量分布相对地集中在癌细胞内，在杀死癌细胞的同时，大大减少对周围正常组织和敏感部位的损伤，从而使质子治疗优于常规的放射治疗。从上世纪 70 年代至今，全世界用质子治疗装置共治疗了近 5 万名肿瘤患者，积累了

5、大量丰富的临床经验，一般治疗有效率达到 95% 以上，五年存活率高达 80%。质子治疗的巨大成就，已使全世界医学界一致公认质子治疗要比目前所常用的 与电子射 线治疗优越得多。所以尽管治疗设备技术比较复杂，价格相对昂贵，建造周期较长（约需 3-5 年），质子治疗仍然受到世界各国医学界的青睐，近二三十年来，质子治疗技术得到了快速发展。相比重离子治疗，质子治疗的生物效应还不够理想，2003 年日本 HIMAC 和德国 GSI 的重离子治疗成功后，碳离子优良的生物效应特别是对抗阻和乏氧型肿瘤的良好疗效，颇受国际上放疗专家和投资者的重视，碳重离子治疗将可能成为质子治疗的有力竞争者。但重离子治疗也存在一些

6、固有缺点，冷点(指极少量漏网的肿瘤细胞)和后效应与分裂效应等都会影响到治疗效果。当前重离子治疗发展缓慢的最重要原因是它所需的加速器及其相应的设备规模大，技术复5杂程度高，加速器及其相应设备的投资约为质子的 2-3 倍之多；再之，目前全世界碳离子治疗的病例还不够多，仅 3000余例，临床经验尚不丰富，何况当前碳离子治疗的加速器及其旋转支架的选型及技术尚不够成熟，这些都成为限制重离子治疗发展的因素。可以说，质子治疗装置仍然是当前国际上最先进的放射治疗主流装置。在附录 1 一中给出了质子与碳离子的比较。. 所以我们认为: 目前我国在目前这方面的经验不足，应该先以质子为切入点。先建造一台投资及规模适中

7、，难度较小的质子治疗装备，以累积经验，培养人才,在此基础上适当时机候再发展碳离子治疗装备。三、成本及市场需求分析根据国际一般价格，质子治疗装置(包括一台属第一代的同步加速器、一台旋转支架治疗室及一个固定治疗室)价格约在3亿元，建筑费用约1.5亿元，整套装置的引进、安装共需约4.5亿元，这与我们自主研制的采用属于第二代的快循环同步加速器第一台装置造价相当。我们估算，该装置如果实现国产化，第二台的造价可以下降50%左右，相对于整套进口装置具有较大的价格优势。质子治疗所需的费用,欧洲每病例所需的总费用约为1-2万欧元，美国为2-3万美元，我国万杰医院为15万元左右。该6装置实现国产化、正式正常运行后

8、,随着经验的逐步积累以及影响的扩大,病例将逐步增加,第一年预计在200人左右,三年后逐步增加到每年1000人以上，治疗费用预计可降为10万元左右。装置每年的运行维护费,约为1000万元左右,装置寿命至少为30年。质子治疗有很大的需求，市场前景广阔。根据上海市卫生局有关资料统计分析，日前，我国自然人口中肿瘤发病率约为千分之二至千分之三，取其下限估计，我国每年至少有240 万发病的肿瘤病人，其中适应放疗的病人约为 100 万人，约 50 万病人采用质子治疗技术治疗会具有更显著的疗效。考虑到区域、经济状况等因素，能接受质子治疗技术治疗的病人约有 12 万人，若一个治疗中心设计规模为每年治疗2000

9、名患者，则最少需要六十个中心来满足这些患者的治疗需求。如果按照欧洲提出大约每 1000 万人需一台质子治疗装置，则仅中国就有上百台的市场需求量。如果再考虑到目前己存在的肿瘤人群、东南亚及港澳地区的求治病人以及眼科黄斑变性和颅内静脉血管畸形等适应于质子治疗的非肿瘤性疾病患者，质子治疗装置的市场空间更为广大。目前己知国内表示有意建造质子治疗中心的城市医院，仅上海北京广州三地就近十家，加上其他城市还有至少 4-6 个医院有意向在今后装备质子治疗装置。7四、国内外现状及发展趋势（一）国际背景和发展趋势国际上粒子治疗装置目前已经形成产业，已有八家国际商售专业公司,即比利时 IBA ,日本住友 ,日本三菱

10、, 日本日立 ,美国 Optivus, 美国加州 Accsys，欧洲 Accel 及欧洲Siemens 公司.世界上已经正式运行的质子和重离子治疗专用设备共有 30 台，正在建造中或计划建造（包括未批准的）的粒子治疗装置共有 14 台。其中美国 9 台、日本 8 台、德国 6 台、法国 4 台、俄罗斯 3 台、意大利 3 台、瑞士 3 台、南非 2 台、中国 1 台、英国 1 台、瑞典 1 台、加拿大 1 台、奥地利 1 台、韩国 1 台。目前国际上正在运行的、在建的及拟建的主要治疗装置，大部分为质子治疗装置，只有 5 台为碳离子与质子兼用。可见质子治疗是当前国际上放射治疗最现实和先进的主流装

11、置。上述装置中，加速器类型均为回旋或慢循环同步加速器，属于第一代质子治疗装置。近几年来国际上正在研制新的一代即第二代质子治疗加速器-快循 环同步加速器,它相比上面提到的装置有很多优点(见表 1 一),也为后来者提供了赶超的机遇。8表 1 一. 不同类型质子加速器的技术指标回旋加速器 慢同步加速器 快同步加速器供应商 比利时 IBA ;日本住友美囯费米;日本日立无质子流强 5x 10.13 1x10.10 5x10. 13输出能量值 固定 250 MeV 70-250MeV可变70-250 MeV可变能量降能器 必需 不用 不用能量稳定度 +-0.5% +- 0.1% +- 0.1%引出效率 差

12、 90% 99%入射能量(MeV)0.01-0.1 7MeV RFQ+Linac 7MeV RFQ+Linac束流发散度 5-10 -mm- mrad 1-3-mm- mrad 0.2-mm- mrad加速器重量及功率 220 吨,460kW 60 吨,200kW尺寸 直径约 4 米 直径约 10 米 直径约 10 米扫描强度均匀性 好 差 优异上表中的束流发射度是与束流在加速及输运过程中的横截面尺寸成正比，发射度越小，则束流横截面尺寸越小，相应的加速器磁铁及旋转支架的尺寸也越小（二）国内现状早在 1965 年，中科院高能所就开展过质子治癌的研究。1994 年，深圳奥沃公司成立了专门的质子治疗

13、装置研发部。92001 年山东万杰医院和比利时 IBA 公司正式谈判购买引进质子治疗设备，该装置己于 2005 年建成，但因未掌握核心技术，缺乏必要的技术支持，而难以高效率运行。因此，靠单纯的引进难以掌握这一复杂系统的核心技术。粒子治疗装置涉及生物物理、医学、放射治疗学、肿瘤学等学科，加速器工程又包括了很多高精尖技术，是一个难度很大的高科技多学科的集成系统。随着我国经济的快速发展，国内已有很大的市场需求；随着我国科技的快速发展，己有能力研发具有中国自主知识产权的粒子治疗装置。同时，我们也要看到，这是一个资本和技术密集的产业，从美、日、欧的发展经验看，在起步阶段，不能单纯依靠企业力量，还必须有政

14、府扶持。我们认为，过去几十年，质子治疗之所以在我国发展缓慢，主要原因就是没有得到政府的有力支持。因此，该项目必须在政府的支持下，实现科研和企业相结合，充分利用国际协作条件，委托相关单位，按照大科研工程的组织管理方法，才能保证项目的顺利实施和可持续发展。五、 技术路线（一）自主创新，跨越发展我国的粒子治疗装置开发应遵循自主创新，跨越发展的原则。所谓自主创新，主要利用国内现有科研队伍、工业基础、技术储备，走独立自主的发展道路。国内中科院高能所、10应用物理所以及工业界在电子及质子加速器方面已经拥有相当的技术储备和经验丰富的科研技术队伍。高能所最近研制成功的射频四极质子加速器（RFQ），及将要在广东

15、东莞建造的中国散裂中子源项目，将为第二代质子治疗装置的关键技术快循环加速器提供可靠的技术保证，将大大缩短质子治疗装置的建设周期。所谓跨越发展，是指我国的粒子治疗装置开发将直接采用国际上刚开始研制的第二代快循环同步加速器技术，而不是采用现有的、属第一代的回旋加速器或慢循环同步加速器技术。回旋加速器的主要缺点是它所提供的质子束流能量是固定的，必须用降能器来改变终端质子束流能量来满足治疗需求，这种情况下，浪费的束流可达 90%以上，而且会产生很大放射性污染，甚至导致二次致癌。慢循环同步加速器的主要缺点采用了共振引出，使引出质子束流强及性能不够稳定，增加了治疗的困难，影响治疗效果。同时，这两类加速器引

16、出的质子束尺寸较大，导致旋转支架的体积及重量大大增加。采用快循环同步加速器最大的优点是提供的质子能量可按治疗需求而改变，即能量可调，不需降能器，避免了放射性污染，且方便治疗。此外，它采用快引出，提供的质子束不但流强稳定，而且保持了很小的质子束尺寸，使旋转支架的11体积及重量大大减少，这一点对于降低建造和运行费用是十分重要的。（二）长远规划，分两步实施根据我国的国情，具体选择哪种粒子应当从目前国际及国内加速器技术的成熟程度、投资可能、治疗效果、设备性能价格比等方面进行综合考虑。我们认为在广东发展粒子治疗装置，实现粒子束治疗的健康发展，需要分两步走：第一步，首先发展质子治疗装置。我国应该首先开展质

17、子束治疗设备的建造和运行，因为，碳离子及质子兼用治疗装置的方案还不成熟,不但投资过大,而且它的加速器及旋转支架的方案及选型等均不够成熟。估计今后几年内,会有更好的方案出现,如现在匆忙上马,不利于今后的跨越发展。第二步，发展重离子治疗装置。在条件成熟时，根据国际发展趋势，进行重离子治疗装置的研制。当然在质子同步加速器的设计上可以留有余地，以便将来进一步升级为碳离子同步加速器。（三）良好的国际合作条件为了把质子治疗装置研制、运行、管理好，我们既需要一批多专业的技术人才、治疗人才和具有高水平的现代管理人才，也需要开展卓有成效的国际合作。中科院高能所在先进的加速器技术方面具有良好的国12际合作渠道。美

18、国纳米生命公司正在请美国布鲁克海文实验室建造一台治疗用的新的一代快循环质子同步加速器，它所需的技术基础与我国即将建造的散裂中子源相同。质子治疗装置中拟采用的快循环质子同步加速器的总体技术难度比强流的散裂中子源快循环同步加速器低得多。中科院高能物理研究所与美国纳米公司及美国布鲁克海文国家实验室有着良好的业务往来关系。目前美方已初步同意参与我们研制质子治疗装置的一些关键部件。此外高能所与瑞士 PSI、德国的 GSI 和韩国等研究所一直存在着友好的协作关系，我们可以直接利用他们多年发展起来的当前最先进的治疗方法及手段，如点扫描技术及其治疗头等，使我们能后来居上。六、项目建设内容 （一）总体方案本工程

19、建设目标是在广东省佛山市成立广东粒子加速器应用设备研发制造中心，研制、生产质子和重离子治疗装置，近期建造一台循环同步加速器质子治疗装置。该装置由下面三大主要部分（共十个分系统）组成：加速器部分（注入器系统、快循环同步加速器和输运线系统），治疗装备部分（旋转机架系统、治疗头系统和定位及准直系统），控制及软件部分（加速器及装备控制系统、 治疗计划系统、剂量验证13系统和设备安全及人身安全系统）。图 1 给出了粒子装置布局图。在第一期工程中主设备为一台快循环质子同步加速器，拟先建设一个旋转机架治疗室，同时建造一间实验室和一间固定束流治疗室。第二期再按需扩充第二个旋转机架治疗室，束流设备与三间工作室总

20、面积约为 3000m2。在厂房设计上留有发展建造碳离子治疗设备的基础和余地，分上下两层，因目前日本三菱、欧洲 Siemens 采用的慢循环碳离子(兼质子)同步加速器不够理想,而 IBA 抛出的超导碳离子加速器方案,技术上的难度很大,是否是一最佳选择,值得怀疑.因此我们准备在质子快循环医用同步加速器建成的基础发展碳离子的快循环同步加速器，这样可以引领末耒.因碳离子的快循环医用同步加速器规模较大,所以放在第一层，两套加速器将共用一套束流传输线、实验室和固定束流治疗室，至於旋转支架是无法共用的，必须根据发展势态，重新改建。这是因为碳离子的能量大，相应的旋转支架规模也大，例如，目前德国海德堡正在建设的

21、世界上第一台碳离子的旋转机架，重量竟达 650 吨！比质子的旋转支架重 3 倍之多！也许是一个空前绝后的装置。碳离子加速器也采用快循环同步加速器，放在第一层，两套加速器将共用一套束流传输线、实验室和固定束流治疗室（至于旋转机架以后是否14能升级为碳离子及质子兼用），具体治疗室方案要视国际上发展的势态而定）。图 1.粒子治疗设备的设计方案布局图(俯视及侧视)（二）装置的治疗目标质子治疗适应症主要有六大类: (1)中枢神经系统; (2)眼部; (3) 头颈 部; (4) 胸部 ; (5)腹部; (6)骨盆区。例如前列腺瘤,用质子和 X 射线复合治疗上升到 85%，眼色素层癌五年局控制为 96%,

22、五年的视力保持率为 78-97%，良性脑膜瘤,通过质子-光子治疗, 五年和十年未复发生存率是 100%和 88%，鼻 窦癌通过质子- 光子照射后, 三年的局部控制率是 89%等等。另外,质子治疗特别适用于儿童的患者，, 使其不留或少留后遗症。此外，质子治疗还可扩大到眼科15黄斑变性和颅内静脉血管畸形等非肿瘤性疾病的治疗，可以预计其应用前景广阔。（三）建设指标本装置所提供的质子束的能量变化范围为70250MeV ，对应 的肿瘤治疗深度范围是 3.5cm 到 35cm。质子束强度达到每分钟 2.5x1012 个，总体设备建设指标是：注入器输出能量MeV 7同步加速器引出能量范围 MeV 70250

23、重复频率Hz 25质子束强度 个/分 钟 2.51012平均剂量率（/250 MeV 时） Gy-升/ 分 16.7（四）主要分系统1、加速器部分加速器是治疗装置的核心部分，它的性能决定了整个装置的先进性、可靠性、安全性、稳定性及经济性。它由注入器、快循环同步加速器（RCMS）和束流输运线组成。（1）注入器：注入器由离子源、RFQ 加速器和漂移管直线加速器（DTL）组成， 总长度约 10 米，平均耗电功率为 10千瓦。它为快循环同步环提供低发射度、低能散度的注入束流。（2）快循环同步加速器：快循环同步加速器将经过注入器16加速的束流（7MeV）进一步加速到治疗需要的束流能量(70-250 Me

24、V)并引出。其主要组成部分为磁铁系统、励磁电源系统、射频系统、注入/引出系统、真空系统、束流诊断系统及控制系统等。采用单次注入方式，注入系统简单。主磁铁电源采用谐振电源系统，射频系统采用带偏流源的铁氧体加载腔技术。加速器采用 4 折对称的超周期结构，周长约 30 米。（3）束流输运线：束流输运线将同步加速器引出的束流传输到各治疗室的入口。2、治疗装备部分（1）旋转机架系统：旋转机架是一套特殊的束流输运系统，按照治疗需要，把束流无损失地旋转180。旋转机架由磁铁系统及其机械支撑和旋转系统组成。在束流传输线末端和治疗床之间留有 3.5 米的距离用来安放治疗头。磁铁系统总重约 3 吨左右，整个旋转机

25、架系统长 8 米左右，直径 12 米左右。（2）治疗头系统：它的主要功能包括调制质子束的射程、扩展束流的横向尺寸、测定和调整束流的位置、限制束流的边界等。使束流能准确地均匀照射到肿瘤的靶区。所有这类专用功能的部件，共十多种都装在治疗头内。（3）定位系统和准直系统：在每一个治疗室中，都需要配置一套患者精密定位和准直系统，及为每个病人特制的固定17准直器和射程补偿器。 3、控制及软件部分（1）加速器及装备控制系统：加速器及装备控制系统保证加速器部分及治疗装备的各系统的正常可靠稳定运行，并通过专门应用软件按治疗要求使所有设备严格、统一协调地进行工作。 （2）治疗计划（TPS）系统：治疗计划系统就是在

26、正式实施射线照射之前，对病人放射治疗流程的科学周到和精确设计的系统。它可根据病人的 CT、PET 、MRI 图像，重建三维图像，并在此基础上完成三维剂量计算，显示三维剂量分布，完成三维适形治疗方案，同时对加速器提出具体的运行参数要求。 （3）剂量验证系统：其功能是确保在治疗时的真实质子治疗剂量达到治疗计划的要求值 。（4）设备安全和人身安全系统：该系统作用按照国家有关规定和国外 FDA 标 准，采取必要的硬件和软件措施，保证机器和人身的绝对安全。七、风险分析（一）技术风险分析1、加速器部分18注入器中技术难度最大的是 RFQ 加速器，中科院高能所已于 2005 年建成一台强流质子 RFQ 加速

27、器，经过一年多的运行实验证明，其性能运行稳定可靠，达到国际先进水平。本方案中所采用的 RFQ 的能量和流强要求均低于上述已建成的 RFQ 加速器，仅在稳定性及可靠性方面有更高的要求，技术上不会有大的困难。在快循环同步加速器和束流输运线方面，即将建设的中国散裂中子源，通过已经和正在进行的大量关键技术的预研，已经掌握了诸如谐振电源、快循环磁铁和宽带射频腔等关键技术，相应的难度均高于医用同步加速器的要求。为比较两者的规模，了给大家一个概念,表 2 一中列出了中国散裂中子源及医用同步加速器的一些主要参数,可以看出见,后者的规模要小得多。.表 2 一. 医用与散裂中子源用加速器主要参数对比参数 医用 C

28、SNS直线加速器长度(m) 5 70直线加速器能量(MeV) 7 130同步加速器周长(m) 30 230同步加速器能量(MeV) 250 1600每脉冲质子数 1.7109 1.56101319二极铁数量 16 24二极铁尺寸(长,宽,高 m3) 1.5x1.9x1.2 0.67x0.38x0.20二极铁总重量(ton) 8 600四极铁数量 0 48四极铁重量(ton) 0 10高频腔个数 1 8电源数量（套） 1 9加速器总功耗（MW) 0.2 4.5可以说，加速器系统方面，没有大的技术风险，高能物理所散裂中子源的队伍完全能承担。2、治疗装备部分旋转机架系统：上海克林公司已有一定的加工经

29、验，并表示愿意与广东合作。可以由高能所设计并委托上海克林公司和佛山市有关企业合作生产。经考虑，广东佛山市的机械加工能力和水平完全可以满足部件加工要求。治疗头：美国布鲁克海文实验室已同意与我们合作设计，部分硬件可从市场上采购或联合研制。精确定位系统和准直系统：可从市场上采购或自行研制。203、控制及软件部分加速器中的束测及控制系统，上海光源的自控组在束流位置的精密控制方面有独到之处，可与广东省高校和医院一起合作研制开发。治疗计划（TPS）系统：拟请上海光源自控组与美国RTESYS 软件公司联合开发，该公司专门承担美国有关公司的质子治疗的 TPS 软件，等项目批准后就可进行洽谈。剂量验证系统：高能

30、所通过与布鲁克海文实验室合作有能力承担。所需硬件，可从市场上采购或联合研制。设备安全和人身安全系统：高能所散裂中子源队伍有能力设计及研制。总之，上面的各大系统相关的许多技术虽然在国内属于首次研发，但在国际上均属成熟技术，通过广泛开展国际与国内的合作，有把握可以按期完成。然而，质子治疗装备的主要目的不是用於于科学实践,而是用於于临床医学治疗,所以在设计中必需把安全、稳定、可靠、高效、易操作及易维护放在第一位。这些都是我们缺乏经验之处， 。应在研制过程中给予特别关注，并要充分吸取国际先进经验，加倍注意並採取特殊的手段。（二）环境安全风险分析21同 其 他 类 似 加 速 器 相 比 ，质 子 治

31、疗 加 速 器 的 束 流 强度 非 常 小 ，其 平 均 流 强 只 有 10nmA,仅 为 散 裂 中 子 源 的 万分 之 一 左 右 ，束 流 在 加 速 、输 运 过 程 中 损 失 又 极 少 ，所 以它 不 会 像 回旋加速器那样，由于束流发射度大和采用降能器来改变质子束的治疗能量等措施，而导致大量放射性的 产生，从而给环境保护带来诸多不利的影响。所以，本方案从根本上保证了环境的安全。但是，从另一方面 说，作为一个射线装置，在质子加速及输运时总不可避免地有极少量的 质子会打在各种物质上形成一些小的伽玛射线 和中子辐射源。但只要我 们 在 工 程 设 计 中 ，严 格 遵 循 国

32、家 有 关 法 律 和 规 范 ，采 取 必 要 措 施 ，如 专门设计的辐射屏蔽系 统 、 严格的安全联锁系统、良好的剂量测量系统和剂量报警系 统，技 术 上 完全 可 以 做 到 保 证 加 速 器 在 正 常 运 行 、事 故 和 检 修 情 况 下 ，病 人 患 者 、工 作 人 员 和 周 围 居 民 所 受 的 照 射 低 于 国 家 剂 量限 值 。因此，本工程的 环境安全风险是可以控制的。（三）节能快 循 环 医 用 同 步 加 速 器 装 置 有 较 好 的 性 能 价 格 比 ，单 就 加 速 器 主 体 而 言 ,它 的 磁 铁 重 量 很 轻 ，仅 约 为 回 旋 加速

33、 器 的 30%，所 消 耗 的 总 功 率 约 2050KW,为 回 旋 加 速 器的 2/3,而 它 的 旋 转 支 架 也 比 回 旋 加 速 器 的 同 类 设 备 规 模小 得 多 。22八、预计经费和工程进度（一）经费估算这里所进行的经费估算，只是针对主工艺的设备及其所需的厂房建筑费用，不包括辅助医疗设备：1、加速器部分注入器部分 2500 万元同步加速器 6000 万元输运线部分 1000 万元2、治疗装备部分旋转支架 1000 万元治疗头 1500 万元精确定位系统和准直系统 500 万元3、控制及软件部分加速器及装备控制系统 1000 万元治疗计划（TPS）系统 1000 万

34、元剂量验证系统控制、 300 万元设备安全和人身安全系统 200 万元4、装置关键技术预研费 2000 万元5、通用设施费用 1000 万元6、设备所需厂房建筑费 3000 万元7、设备安装调试费 2000 万元238、其他费（实验测试设备等） 2000 万元9、各实验室管理费 2000 万元10、不可预见费 3000 万元总计： 30000 万元以上经费只是初步的估算，需要等技术设计完成后才能给出较确切的预算，各部分所占比例一定会有较大的改变，但总预算有把握控制在 3 亿元之内。这里的估算价格是建造第一台装置的价格，包含一定比例的研制费用，第二台后，价格会有较大幅度的下降。（二）工程进度质子

35、治疗装备麻雀虽小、五脏具全，也有一定难度，但它规模要比散裂中子源小得多，所以在三年半提供束流是有可能24的。 据美国公司宣布一旦合同签订后将在 42 月后提供粒子束，如果加上谈判的时间，则反而可能比我们自已制造要慢。九、组织形式和人才队伍（一）广东粒子加速器应用设备研发制造中心在广东省成立的广东粒子加速器应用设备研发制造中心拟由以下单位共同出资建成：广东省、佛山市以及合适的投资机构，中科院高能物理所以加速器技术知识产权入股等。广东粒子加速器应用设备研发制造中心近期的主要任务为管理并协调质子治疗装置的整体研制和开发，具体组织形式及运作方式另行制订。 （二）质子治疗示范中心质子治疗示范中心是另一个

36、独立法人单位，示范中心的中心任务是将此质子治疗装置应用于临床，取得经验。该中心可由医院等若干单位共同出资建设。（三）工程建设期间的组织结构在工程建设期间由广东省和中科院高能所等单位成立广东质子治疗装置项目领导小组，并成立专门的办公室。广东粒子加速器应用设备研发制造中心和质子治疗示范中心的建设涉及多个基础学科、众多高技术领域以及大型25工程施工。这就决定了它必须要有一支科学素质高、专业门类齐全、工程实际经验丰富的建设队伍，也决定了这是具有相当规模的队伍。在项目将在建设的初始阶段就应有计划的开始注重加速器设备和医疗设备的技术人才的培养和建设。十、结论（一）根据粒子治疗的国际和国内情况分析，根据我国

37、国民经济的发展、科学技术的进步以及国民生活的需求，目前在国内立即着手研制一套粒子治疗设备是必要的、及时的，并且是可行的。（二）我国的粒子治疗装置开发的技术路线和所采用的战略方针应当遵循自主创新、跨越发展的原则。该治疗装置的开发将直接采用具有快引出、快循环和强聚焦特点的第二代的快循环同步加速器技术。第一步先建造质子束治疗设备，同时要为第二步建造碳束治疗设备做技术储备。（三）所建造的设备的规模是：加速器引出的质子束的最大能量为 70-250 兆电子伏，重复频率为 25 赫兹，平均剂量率是 16.7Gy/升/分。厂房建造面积约为 3000 平米。设备建设周期为 3 年半，投资规模为 3 亿元。（四）

38、由于该工程是一种大型医疗设备，从研发到临床使用的全过程中的每一步都需要经过严格的审核，必须从一开始就要建立一套严格可靠的工程体系，从设计到调试严格执26行可靠性工程所规定各种程序，确保工程的成功。主要评估人员方守贤 中国科学院院士，北京正负电子对撞机国家实验室主任韦 杰 中国散裂中子源工程 经理，美国布鲁克海文国家实验室终身研究员刘世耀 中科院高能物理所研究员，北京质子治疗筹建中心首席技术顾问 关遐令 中国原子能研究院研究员傅世年 中科院高能物理所研究员王 生 中科院高能物理所副研究员27附录 1 质子与碳离子治疗的比较从 1994 年以后放射治疗研究界都普遍认为碳离子是最佳的治疗用重离子，所

39、以下面只对质子与碳离子作比较。I.碳离子的优点1. 在剂量分布和物理特性上碳重离子优于质子。碳离子和质子都具有 Bragg 峰物理特性，但凡原子系数越大，其 Bragg 峰宽度越狭，后沿下降越快，剂量分布越能更集中在肿瘤部位上。另外重离子沿途的散射小，因此重离子的后沿和横向隂影都稍好於于质子。2. 在生物特性上，碳离子能直接切断 DNA 双键功能，能直接杀死肿瘤细胞，质子只能切断 DNA 單单键功能，由于 DNA 本身有很强的修复能力，若不能在此切断单键的受伤 DNA 复原之前，再切断其另一根键，则癌细胞就不能被杀死。这种间接杀死癌细胞的功能，也是使质子难于有效治疗抗阻型和乏氧型癌细胞。3.

40、在照射剂量的提升上，碳离子比质子有利。这是因为在放射治疗中，每次照射时，为保护正常组织免受损伤，照射到肿瘤靶区的最大剂量将受到一定的限制，但由于上述碳离子的一些特性，可较大的提升碳离子照射的剂量， 。因此可大大缩短每一个疗程需要的次数， 。并改善治疗效果。如对肺癌和肝癌，整个疗程只需 2 到 4 次，对抗阻和乏氧型肿瘤疗效甚好。但质子治疗疗程28则一般疗程都要 15 到 25 次。II. 碳离子也存在一些特有的缺点及问题1. 碳离子 C12在行程中会发生核分裂现象，将变成 C11 或C10。虽然 C11 或 C10在衰变时，会发出正电子，利用正电子断层扫描仪(PET)就能直接探测到重离子的行程

41、轨迹和治疗终点位置，有利于实时诊测和精确治疗。但此核分裂现象也带来缺点，即由此产生的较轻的二次粒子有较长的射程，在 Bragg 峰峯后形成一个小尾巴，往往对峰峯后的正常(或敏感)组织带来伤害，也会稍微增加横向散射和陰阴影。2. 碳离子治疗中人们发现，由于碳离子重量过大，从而使被照射的肿瘤区，即使从宏观上来看剂量是均匀的，但从微观上看始终存在某些癌细胞没有照射到的冷点。且离子越重，其微观不均匀度越差，冷点越多。这种冷点处的癌细胞在今后有复发的可能。被称为后效应。不同医生对此严重性有不同估价，要克服此后效应，有人建议采用复合疗法，即先用质子进行治疗 (约占1/2-2/3 的总照射剂量) 后再用碳离

42、子照射 (1/31/2 总剂量)。虽至今为止，即使虽然后效应仍有待更好解决，但其独有的优越性已得到使放射治疗界的公认，它将是质子的一个有力的竞争者。3. 在两者的造价方面，质子治疗设备约需 2-3 亿元的投资，29建造周期也较长，需 2-3 年之久。 但碳离子治疗所需的加速器及其相应的设备规模则更大，技术更为复杂，投资约为质子治疗装置的三倍之多，这些都使人们对重离子治疗有所却步，还难以推广。从最近国际上已有的、在建的及拟建的大型治疗装置来看(见表 A1 一)，也反映了这一点，其中大部分为质子，约有 10 多台，碳离子与质子兼用的 仅 5 台(有 3 台在筹建中)，质子治疗仍为当前国际上放射治疗

43、最现实最先进的主流装备。实际上，美国 LBL 早在 1957 年已首先用氦离子后又用氖离子开展重离子治疗，从 1962 年到 1992 年共治疗 2487 名患者。是公认的重离子治疗先驱者。但是由于当时经验不足，又没有条件进行精确定位治疗，采用的离子也不是最适当的，因此治疗效果不理想，从而被迫在 1992 年关门。1994 年日本政府提供大量资金，建造一台专用于重离子治疗研究的 HIMAC。从 1994 年至今已用碳离子治疗了近 1200 名患者，由于 HIMAC 在碳离子治疗方面的重大较好治疗效果，再加上 1997 年后德国 GSI 的成功经验，从而使重离子治疗再度得到国际上的重视。表 A1

44、 一中的两台重离子治疗装置均在日本。意大利、奧地利、瑞典都己决定筹建重离子质子两用治疗中心。但美国似乎还未走出重离子治疗过去失败的阴影，至今仍限于发展质子治疗的装置。在临床经验方面，质子治疗肿瘤方面已积累了大量丰富的经验，到目前为止，全世界用质子治疗装置共治疗了 53-4 万名患者，30一般治疗有效率达到 95%以上，五年存活率高达 80%。根据第 24届粒子治疗与世界质子治疗合作组织(PTCOG)公布的质子治疗适应证有六大类: (1)中枢神经系统; (2)眼部; (3)头颈部; (4)胸部; (5)腹部; (6)骨盆区。而目前碳离子治疗主要用于一些常规放疗、质子放疗等方法所难以治疗的癌症，即

45、抗阻型、乏氧型、内嵌型、尖畸型的肿瘤。平均治疗的二年局部控制率优于 70%。尤其对于肺癌，肝癌，疗效更好。但总的说来，其治疗的患者还不够多，仅三千余名，并且都作为临床实验来进行。况且当前碳离子治疗的加速器及其旋转支架的选型及技术尚不够成熟，这些都成为限制重离子治疗发展的因素。可以说，质子治疗装置仍然是当前国际上最成熟先进的放射治疗主流装置。 因此相对不如质子治疗成熟。有些人认为重离子治疗当前还处于研制阶段。另外，虽然重离子可以治疗多种肿瘤，但若从成本考虑，若二者方法都有效，则质子治疗更是可取的。表 A1 已运行的粒子治疗装置 （国际离子治疗协作组 (PTCOG)2007 年 3 月 21 日发布）装置所在地 国家 粒子 最高能量MeV束流方向 开张年份累计病例累计数提供日1 Harvard, Boston美 p 160 水平 1961 9116 02/04 C2 ITEP, Moscow 俄 p 200 水平 1969 3927 06/12