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如何精準捕殺癌細胞,真空技術必不可少

2020-12-07 來源:EEWORLD

癌癥,是許多人的夢魘,也是全社會竭力征服的對象。

 

根據世界衛生組織發布的《全球癌癥報告》(2018年版)數據顯示,僅2018年一年全球新增1810萬癌癥病例,死亡病例960萬人,占到全球死亡病例的近六分之一。

 

但與此同時,人類關于抗癌的研究從未停止。近年來,通過對快速、有效且具有針對性的癌癥治療方法的不斷探索,離子束治療引起了特別關注。離子束治療所具備的高精度和高效的輻射形式可以用于治療癌癥腫瘤,并將常規放射治療過程給患者造成的痛苦副作用保持在最小。那么,要想讓離子束充分發揮其對抗癌癥腫瘤的作用,為患者提供精準、高效的治療,可靠、強大的真空解決方案將起到決定作用。

 

精準捕殺癌細胞,離子束治療解決技術難題

 

在過去多年的實踐中,成功治療腫瘤的常規放射治療都是用 X 射線或 γ輻射照射腫瘤。然而,某些腫瘤對這種類型的輻射完全不敏感或幾乎不敏感,特別是在腫瘤位于身體深處或者腫瘤附近有對放射敏感的組織時,常規放射治療會受到限制:在技術上,無法在不損傷周圍組織的前提下,用足夠高的劑量照射腫瘤,繼而也無從達到癌癥腫瘤治療的效果和目的。

 

而離子束治療則完全能解決這一技術難題。當離子借助于粒子加速器被賦予高能量,從而到達光速的四分之三以上。在連至患者的最后一個計量器上,光束被壓縮到僅有幾毫米寬度,且橫向散射極小,邊界清晰。由于離子速度高、質量大,在組織中能具有很大的活動縱深,即便是位于身體深處的腫瘤也可以用足夠高的劑量實現精確照射。由此可以最好地保護腫瘤周圍的健康組織免受離子束輻射。針對位于治療射束照射角度中的組織,離子會在路徑的最后,在停止之前一次性地將能量釋放到組織中,隨后其劑量會急劇下降,以避免位于腫瘤后面的組織受到影響。

 

 圖1:MIT 配有電腦化機器人的治療臺(來源:馬爾堡離子束治療中心)

 

作為新型放療方法,目前離子束治療包含質子重離子治療和硼中子俘獲療法(BNCT):

 

·         質子重離子治療——曾被稱為“癌癥的終極克星”,是世界上非常先進也比較昂貴的放療技術。通過把氫原子核(質子)或碳離子等(重離子)加速到70%光速來治療腫瘤。這種高精度和非常有效的輻射形式可以用于治療癌癥腫瘤并將常規放射治療的痛苦副作用保持在最小。

 

·         硼中子俘獲療法治療——國際上最新出現的前沿癌癥治療手段,它是放射與藥物結合的二次、靶向、細胞級精準放療,利用中子與腫瘤內的硼元素發生核反應所產生的重離子來摧毀癌細胞的一種放射性療法。對周圍細胞組織損傷小,對于侵入性、多發性、復發性、抗輻射性、不能手術的癌癥,以及放射治療適應不良的癌癥都可以嘗試。

 

打造超高真空環境,普發全套方案支持癌癥治療

 

無論是離子束治療的哪一種療法,先決條件都是產生離子束的高純度真空條件。

 

只有在類似于超高真空這種幾乎沒有分子的空間中,才能以所要求的質量產生和傳輸離子束,而如果離子束在其傳輸途中與大氣氣體顆粒接觸,則會損失能量并發生偏轉,即便加速器系統中只存在極少量的氣體,也會損害離子束的功能和質量,從而影響治療。因此,要想在沒有任何損失的前提下將光束加速到非常高的速度并被引導到患者,離子束必須在真空中進行引導和成束,并且從機器起始處的離子源一直到患者位置前方的出口窗口處,離子束穿過機器的整條路徑都需要在真空中進行。

 

出于對高真空環境得嚴格要求,用于打造真空環境的真空泵必須可靠、強大且清潔。由于離子束治療機器會被每天 24 小時用于治療和研究,真空系統自然需要保持全年每天 24 小時的運行。因此,模塊化設計和長使用壽命也是對真空設備的重要要求。可以說,真空解決方案在離子束治療癌癥腫瘤的過程中扮演著必不可少的角色。

 

 

圖2:到 45° 輻照站的光束導向系統,配有普發真空提供的解決方案(來源:馬爾堡離子束治療中心)

 

鑒于如此全面的要求,普發真空極具針對性的為離子束治療打造了最可靠、最優質的真空解決方案,并在德國馬爾堡離子束治療中心(MIT)得到了全面應用。馬爾堡離子束治療中心是第三個歐洲離子束治療系統,和海德堡在 2009 年投入運行的第一個系統一樣,依賴于普發真空的解決方案為其離子束治療機配備真空系統。而在普發真空的真空解決方案中,包括了渦輪分子泵、隔膜泵、質譜儀、真空計,以及多種真空附件產品。

 

·         隔膜泵——在MIT,隔膜泵被用作渦輪分子泵的前級泵。普發真空的隔膜泵十分緊湊,是集成到系統中的最佳選擇。其有點在于絕對干燥的無油真空、隔膜使用壽命長、低震動和噪音、高操作可靠性、因為膜和閥門更換簡單而易于維護,由于適用了雙電壓電機或直流驅動器,可在全球范圍內使用。

 

·         渦輪分子泵——渦輪分子泵為MIT生成所需的超高真空條件。憑借其高性能和可靠性以及極高的經濟性和效率,是滿足離子束機器要求的最佳解決方案。其有點包括經驗證的軸承系統實現了高可靠性、設計、技術組件和泵速度等級的差異實現了靈活性、高度發達的泵設計實現了高壓縮性能和高效率、低能耗、很長的保養間隔周期。

 

·         質譜儀——MIT使用普發真空的PrismaPro質譜儀在真空系統中進行殘余氣體分析。PrismaPro兼具高靈敏度、穩定性和智能處理能力,是最佳解決方案。其優勢在于模塊化設計實現了最佳適應,緊湊的尺寸和高性能,通過各種接口實現了方便的系統集成,通過以太網聯網,高測量速度、穩定性和分辨率。

 

·         真空計——普發真空ActiveLine 和DigiLine的高精度真空測量儀器,幫助MIT的離子束治療系統實現間距模擬和數字輸出。該真空計完美適用于離子束系統的要求,并具有諸多優點,如磁性雜散場最小,輕松集成,耐用且易于維護。

 

·         普發真空的服務——在MIT,所有真空設備的維護工作均由普發真空的服務專家提供。多種服務組合可供客戶從中選擇所需的模塊,其中包括快速、優質的全球服務,用戶培訓和產品培訓,普發真空原裝設備和工具,由普發真空的服務工程師提供的包括組件和系統調試、檢修、保養、維修、泄露檢測和氣體分析在內的全面的現場服務,在普發服務中心的保養和維護,產品更換,以及定制服務協議來滿足客戶需求等。

 

 

圖3:應用于離子束治療設備的普發真空產品 

從左向右依次為:隔膜泵、渦輪分子泵、質譜儀、真空計

 

整個真空系統可以根據離子束機的具體要求進行精確地調整,真正實現了即使在使用頻率很高的情況下,也可以保證高質量產品正確可靠的操作,以滿足離子束機器的運行要求。

 

離子治療實踐應用,助力國內自主產權設備產業化發展

 

除了馬爾堡離子束治療中心(MIT)的成功應用之外,普發真空的真空解決方案也已經在國內多家質子重離子醫院臨床治療中得到應用。早在2008年,上海質子重離子醫院引進1臺德國西門子公司醫用質子/重離子加速器商業裝置,并于2015年5月正式投入使用,至今該治療系統已累計治療腫瘤患者約2000人。

 

更值得一提的是,我國首臺自主知識產權的重離子治療系統已于今年6月裝配于甘肅省武威腫瘤醫院,正式投入臨床治療。據公開數據顯示,截至7月中旬,全國各地已有2000余名腫瘤患者前往武威預約治療。與國際上流行的以直線加速器為注入器和同步加速器為主加速器的重離子治療系統相比,武威重離子治療系統采用回旋注入與同步主加速相結合的技術路線、電荷剝離注入、緊湊型同步加速器、多治療模式和個性化治療室布局等獨特設計,突破了國外產品的專利壁壘,提高了性價比、降低了運行維護成本,實現了國產重離子治療設備零的突破,填補了國內在自主研發重離子治療系統和臨床應用能力的空白。

 

現如今國內自主知識產權的重離子治療設備已經進入到產業化階段,市場需求和前景巨大。真空系統作為重離子治療設備中的重要部件,涵蓋中、高真空范圍,為設備的運行提供重要的基礎條件。作為真空技術解決方案供應商,普發真空將國外先進的解決方案帶入了中國市場,助力國內重離子治療設備的自主研發和產業化發展。

 

結束語

 

征服包括癌癥在內的各種病癥,是人類一直積極致力的方向。普發真空提供全面的產品來支持癌癥腫瘤離子束療法,并將隨著治療技術提質增效和創新步伐的加快,不斷努力創新,通過不斷優化的真空解決方案來幫助提升癌癥治療的安全性和可靠性,造福更多中國的癌癥患者。

 

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