中核集團中國原子能科學研究院研制的國內(nèi)首臺基于回旋加速器的BNCT裝備已取得重大突破，完成了基于14兆電子伏特強流回旋加速器的中子源聯(lián)合試驗，標志著原子能院突破了BNCT裝置從加速器、中子靶到慢化體的全部關鍵技術(shù)，具備了開展BNCT商品機設計和建造的能力，為下一步臨床示范中心建設和BNCT產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了堅實基礎。
上映于2010年的賀歲片《非誠勿擾2》中，有一個不得不面對自己生命即將戛然而止的角色李香山，殺死他的病癥是一種名為黑色素瘤的皮膚癌。
黑色素瘤在這部13年前的電影中被定義成“不治之癥”，而在今日，這一長期無藥可醫(yī)的“癌中之王”被治愈卻成了現(xiàn)實。
(資料圖片)
2014年，湖南長沙的一位53歲吳姓職業(yè)出租車司機左腳忽感不適，在醫(yī)院被確診為淺表擴散型惡性黑色素瘤。醫(yī)院給出的治療方案是將病發(fā)的左腿自膝蓋以下截肢，并配合全身治療。失去半條腿對一個人乃至一個家庭都可謂沉重打擊，但就彼時全社會的總體醫(yī)療技術(shù)而言，該治療方案也是最優(yōu)解。2014年9月，吳師傅在北京接受了原子能院微型反應堆的硼中子俘獲治療(簡稱“BNCT”)。治療全程僅耗時24分鐘，便將其所患的“癌癥之王”根治，避免了截肢的悲劇。4年后再回訪時，吳師傅早已恢復了健康，工作、生活都一如常人。
在接受《企業(yè)觀察報》采訪時，原子能院黨委書記薛小剛說：“核科學技術(shù)研究的兩大科學平臺是反應堆和加速器，我國第一座重水反應堆和第一臺回旋加速器于1958年在原子能院建成，成為我國跨入原子能時代的重要標志。建院70多年來，原子能院在堆器研究方面持續(xù)深耕不輟，形成了多堆多器的型譜化發(fā)展路徑。本次BNCT設備的成功研發(fā)正得益于我院在加速器領域雄厚的技術(shù)基礎，也是中核集團大力發(fā)展非動力核技術(shù)應用取得的一大技術(shù)突破。”
BNCT這一癌癥治療裝備是如何誕生于原子能院，未來又將如何普惠病患呢?
01、人體內(nèi)的“核爆炸”
BNCT裝備采取的醫(yī)療技術(shù)名為硼中子俘獲治療，是目前國際最前沿的抗癌治療技術(shù)，對大范圍彌散性惡性腫瘤(如原發(fā)性腦腫瘤、復發(fā)性頭頸部腫瘤及擴散性肝臟腫瘤)具有獨到的治療優(yōu)勢。
此前對惡性腫瘤的治療，基本是兩種辦法：一是放療;一是粒子線治療。放療較為大眾熟知，但其“殺敵一千自損八百”的副作用也著實讓人談癌色變;粒子線治療的副作用很小，但其成本動輒十幾萬，又令人望而卻步。
BNCT技術(shù)則兼具了體外放射治療與粒子線治療的優(yōu)勢，副作用小且成本較低。
BNCT技術(shù)其實也并不復雜，主要是利用非放射性硼同位素(boron-10)作為癌細胞定位藥物和中子俘獲劑，再對患癌部位進行中子束照射——當中子與癌細胞內(nèi)硼同位素發(fā)生俘獲反應時，會產(chǎn)生放射性粒子，隨即放射性粒子就在癌細胞內(nèi)爆破，精確摧毀癌細胞，全程幾乎不誤傷人體正常組織。
具體治療過程中，患者只需注射一定量含硼藥物——借助癌細胞瘋長的特質(zhì)，硼會快速聚攏至癌細胞周圍形成包裹。隨后由醫(yī)務工作者將病患推至BNCT設備前接受中子線照射。
在把原理發(fā)展為成熟技術(shù)的過程中，原子能院的BNCT研發(fā)團隊做了一系列工作。
薛小剛說：“若論產(chǎn)生中子的效果，核反應堆其實強于回旋加速器，但考慮到老百姓的接受度和建堆選址的靈活性等方面，我院最終還是決定將攻關方向鎖定在回旋加速器上。”
首先要解決的問題是制造中子源，完成這一步須用到回旋加速器。在回旋加速器中，通過放電的方式電離氫氣，形成帶電荷的負氫離子，再利用電磁場使負氫離子加速運動同時不斷旋轉(zhuǎn)增能。當速度提升到14MeV/1mA以上時，通過剝離引出的方式，負氫離子變?yōu)橘|(zhì)子，一枚枚質(zhì)子集合成的束流就會被引出，然后經(jīng)束流線射擊鈹中子靶，從而擊出穩(wěn)定的超熱中子——這就是BNCT設備的終極目的。完成中子束的生成后，以其直射患癌部分，中子透過皮膚與硼藥團會合并發(fā)生劇烈反應，完成消滅癌細胞的任務。
研發(fā)過程中，BNCT研發(fā)團隊突破了小型回旋加速器mA量級引出技術(shù)、超熱中子靶站技術(shù)兩項關鍵核心技術(shù)。其中，mA量級小型回旋加速器技術(shù)涉及加速器物理、束流動力學等物理基礎理論，離子源、中心區(qū)、引出等工程技術(shù)問題還牽涉了特殊材料、真空絕緣等外領域技術(shù)，難度可想而知。
BNCT研發(fā)團隊協(xié)同作戰(zhàn)，綜合原子能院各研究所的技術(shù)優(yōu)勢，通過理論和實驗相配合的手段，逐個突破各項技術(shù)難關。
BNCT研發(fā)團隊只花了一年的時間，就將束流流強從300uA、500uA升至1mA，實現(xiàn)了mA量級引出的技術(shù)指標。
而超熱中子靶站技術(shù)則是相對全新的。原子能院早在2012年便在原有的回旋加速器上進行了首次質(zhì)子束打鈹靶的試驗。與此同時，原子能院還充分發(fā)揮自身在反應堆技術(shù)方面的優(yōu)勢，在中子慢化、反射、屏蔽等方面進行了大量的理論模型驗算驗證。通過這次“堆器”合作，促成了質(zhì)子打靶產(chǎn)生所需的超熱中子的成功。
如今，原子能院研制出的BNCT設備，具有流強高、設備成本低、占地面積小、集成度高、運行維護簡單、一機多用等優(yōu)點，不僅可用于癌癥治療，還可用于放射性同位素藥物的生產(chǎn)，是未來小型加速器中子源的理想選擇。
另據(jù)了解，BNCT設備這一具備國際先進水平的醫(yī)療裝置目前已達到全核心部件國產(chǎn)化的目標，整體技術(shù)悉數(shù)掌握于自己手中，進一步打破了我國卡脖子的放射性同位素藥物制備和高端醫(yī)療裝備受制于人的局面。
02、快速推動BNCT設備落地
一只散布著黑斑的左腳橫放在中子靶的束流照射孔前準備接受照射治療。
但是，一處細節(jié)卻與那嚴謹精密的治療環(huán)境違和——病人的腳踝上用粗布條綁著一把尋常的塑料直尺，直尺的前端頂在中子靶束流孔旁邊的鐵皮罩上。
當BNCT癌癥治療裝置項目負責人管鋒平研究員在電腦屏幕上展示出這幅照片時，《企業(yè)觀察報》一行不免疑惑。
“不得不承認，當年BNCT的相關配套設備目前還比較粗糙?！惫茕h平介紹道，“以圖片中的這把尺子為例，它的作用就是將患者的腳固定在中子束流的照射范圍內(nèi)。誠然，BNCT原理之所以是目前最完美的癌癥治療原理之一，就在于它可以輻及一個相對寬泛的范圍以更多地殺死癌細胞。但我還是希望它的全套設備能夠在未來進一步精準，完全淘汰掉綁尺子這類土辦法?！?/p>
管鋒平說，現(xiàn)階段升級BNCT設備的一大方向就是提高中子的產(chǎn)額。BNCT設備中子產(chǎn)額越高，含硼藥物在腫瘤里的聚集度越高，就能更有效縮短患者的治療時間，從而減輕病患的痛苦。
除了提高設備效率，降低患者的不適感，在安置BNCT設備的治療室設計中，工作人員也會盡可能地豐富內(nèi)飾色彩，同時安排播放舒緩的音樂，條件允許的醫(yī)院還會安裝大屏幕來投放諸如大海、草原、星空一類松弛精神的視頻內(nèi)容。
在現(xiàn)階段，原子能院已完成了首套BNCT設備的研制工作，接下來就是推進成熟商用機的落地。預計最快將在三年后走完包括技術(shù)成果轉(zhuǎn)化、產(chǎn)品易用性和穩(wěn)定性改進、臨床驗證、獲取醫(yī)療資質(zhì)等一系列步驟，然后再投入一線醫(yī)院使用。
2022年12月，原子能院已與山東省泰安市中心醫(yī)院正式簽署了BNCT設備的治療中心建設項目合作協(xié)議。這一協(xié)議的簽署，標志著中核集團首套自主研發(fā)、擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的BNCT癌癥治療裝備進入了市場示范應用階段。根據(jù)協(xié)議內(nèi)容，原子能院將向泰安市中心醫(yī)院提供一套BNCT設備，并由雙方共同推進國產(chǎn)化的首套回旋加速器BNCT示范工程落地。項目已確定落戶于山東省泰安市中心醫(yī)院高新院區(qū)，BNCT治療中心預計會在2024年6月完成廠房建設，至2026年6月具備運營條件。
如上文所述，BNCT設備的廣泛應用不只要依靠設備自身，與之配套的硼藥也是必需品。
目前，能作為癌癥引導劑的硼藥種類還相對有限，增加BNCT設備治療的癌癥類型也還有賴于硼藥的更新迭代、升級拓展。隨著藥物的不斷發(fā)展，BNCT設備還能拓展到治療其他腫瘤類型，未來將成為癌癥重要的治療手段之一。
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