重離子加速器,重離子加速器是指用來加速比α粒子重的離子加速器，有時也可用來加速質子。通過重離子加速器可以將大量的重離子加速到很高的速度，甚至接近光速，高速的重離子形成重離子束，用于開展重離子物理研究。
重離子束與物質相互作用的特殊機理使得它在腫瘤治療方面具有一系列明顯的優(yōu)點;重離子束治療精度高(毫米量級);劑量相對集中，照射治療時間短，療效高;對腫瘤周圍健康組織損傷小;重離子東治療能做到實時監(jiān)測，便于控制輻照位置和劑量。中國首臺自主研發(fā)的醫(yī)用重離子加速器成功出束。
醫(yī)用重離子加速器發(fā)展史
上世紀
上世紀70年代美國開始初步探索
重粒子線治療最初的臨床探索是在美國進行的。上世紀70年代，美國的勞倫斯伯克利國家實驗室開始將氖離子束應用于臨床探索，獲得了不少新知。但在1993年由于資金困難和設備老化的原因，終止了探索性研究。
1984
世界第一臺醫(yī)用重離子設備放醫(yī)研“HIMAC”建設計劃啟動
日本國立放射線醫(yī)學綜合研究所(以下簡稱放醫(yī)研)早在1979年就開始了質子線癌癥治療的臨床研究。由于美國在初步探索中發(fā)現了重離子對癌細胞生物學效應更好等特征，同時重離子設備可能兼容質子，作為國家《第一個抗癌十年綜合戰(zhàn)略》中重要的一環(huán)，日本于1984年在放醫(yī)研(日本千葉縣)開始籌建世界上首臺醫(yī)用重離子設備HIMAC。
1994
放醫(yī)研正式收治腫瘤患者
人類有史以來為戰(zhàn)勝癌癥做出的最壯絕努力，總投資超過400億日元，集合東芝、日立、三菱、住友四大知名企業(yè)的設備制造能力，歷時近10年，占地125乘以65平方米的放醫(yī)研HIMAC，從1994年開始正式收治腫瘤患者。在此之前，放醫(yī)研科研人員對質子以及其它帶電離子的療效進行了大量基礎性研究，最終選擇了生物學效應最好、劑量分布最佳的碳離子進行難治性腫瘤治療。放醫(yī)研在積累治療成績的同時，還同時進行著提高照射技術和以推廣普及為目的的小型化醫(yī)用重離子設備研發(fā)。
2003
放醫(yī)研醫(yī)用重離子技術被日本國家批準為“高度先進醫(yī)療”
截至2001年醫(yī)研治療患者人數累計超過1000名，2003年醫(yī)用重離子技術被日本厚生省厚生勞動大臣批準為“高度先進醫(yī)療”。
2010
第二代小型化醫(yī)用重離子設備開始投入治療
隨著重粒子線治療的有效性的呈現，為了滿足全國癌癥患者的治療需求，2010年群馬大學附屬醫(yī)院建成了第一臺第二代小型化普及型醫(yī)用重粒子線設備，設備投資減少一半以上，占地面積也約為放醫(yī)研HIMAC的三分之一左右，在重粒子技術普及方面邁出了關鍵性一大步。
2016
第三代醫(yī)用重離子關鍵設備超導旋轉機架在放醫(yī)研落成
為提高治療安全性并達到最佳療效，旋轉機架是必須設備。質子線360旋轉機架成為全球質子治療中心標配，但重離子實現技術難度更大，直到2016年，在放醫(yī)研和東芝多年持續(xù)不懈的努力下，全球首臺超導醫(yī)用重離子旋轉機架落成。在此之前，放醫(yī)研也相機攻克了三維掃描、呼吸門控等關鍵技術，這標志著醫(yī)用重離子技術走向成熟，是實驗性研究階段走向臨床應用階段的重大里程碑。
2017
放醫(yī)研公布次世代醫(yī)用重離子設備“量子刀”研發(fā)計劃
2017年，在日本國立放射線醫(yī)學綜合研究所迎來60年華誕之際，放醫(yī)研向外界公布和東芝、日立、三菱、住友四家企業(yè)聯(lián)合攻關次世代醫(yī)用重離子設備『量子刀』的重大消息。其研發(fā)關鍵在于，采用激光等離子技術替代目前醫(yī)用重離子設備中體積最大、耗資最多的同步加速器部分。最樂觀的估計整個研發(fā)至少耗時十年，部分業(yè)界專家認為可能需要二十年甚至更長的時間。研發(fā)成功雖然對醫(yī)用重離子設備的療效不會起到太大改變，但可能將設備占地面積縮小到20乘以10平方米，設備投資也將大幅減少，將對醫(yī)用重離子技術的全球普及起到決定性作用。
2021
“國之驕傲”我國首臺重離子加速器成功應用
甘肅武威重離子中心治療室，醫(yī)生正用儀器給一名腫瘤患者進行碳離子放療……這套治療系統(tǒng)就是我國首臺具備自主知識產權的重離子治療腫瘤專用裝置(即醫(yī)用重離子加速器/碳離子治療系統(tǒng))。它由中科院近代物理研究所及其產業(yè)化公司研制和運行維護，由武威腫瘤醫(yī)院負責臨床運營。
甘肅武威碳離子治療裝置。中國科學院近代物理研究所供圖
這一裝置的成功應用，標志著我國成為全球第四個擁有自主研發(fā)重離子治療系統(tǒng)和臨床應用能力的國家，實現我國在大型醫(yī)療設備研制方面的歷史性突破，我國高端醫(yī)療器械裝備國產化邁出了新的步伐。
中國科學院近代物理研究所研發(fā)的醫(yī)用重離子加速器系統(tǒng)具有完全自主知識產權，部件設備的國產率達到90%。首臺國產醫(yī)用重離子加速器已完成注冊檢測并全面達標，標志著其性能指標和安全性完全滿足癌癥患者的治療需要，打通了從基礎研究、技術研發(fā)、產品示范到產業(yè)化應用的全產業(yè)鏈自主創(chuàng)新之路，為打造千億重離子高端制造業(yè)、精準離子醫(yī)療和運行服務業(yè)奠定了堅實的技術基礎，符合國家戰(zhàn)略，是國之重器回報社會的典范。
“醫(yī)用重離子加速器”之原理
醫(yī)用重離子加速器譽為“治癌利器”，“十二五”期間，我國優(yōu)先安排了16項重大科技基礎設施建設，有兩項落戶惠州，即加速器驅動嬗變研究裝置( CIADS)、強流重離子加速器裝置(HIAF)在惠東稔平半島，總投資超過67億元的中科院兩大科學裝置的場平工程已經完工。3月12日，兩大科學裝置入列國家“十四五”規(guī)劃，預計2025～2026年建成投用。
這兩大科學裝置，HLAF主要目標是解決原子核物理前沿科學問題; CIADS主要是解決核燃料利用率低，核廢料安全裝置等重大問題。其中，HLAF建成后將是國際上脈沖東流強度最高的重離子加速器裝置，建成后，將幫助科學家認識物質結構、探索自然規(guī)律，其相關的科研成果還能應用于廣泛的工農業(yè)生產和民生生活，造福社會。
重離子加速器，其實離日常生活并不遙遠，其技術成果可在經濟社會眾多領域應用推廣。中科院近代物理研究所負責人介紹，被譽為“治癌利器”的醫(yī)用重離子加速器可治療腫瘤、殺死癌細胞，造福全社會。那么，“醫(yī)用重離子加速器”，是一臺怎樣的醫(yī)療裝備?醫(yī)用重離子加速器，又稱碳離子治療系統(tǒng)，是由中國科學院近代物理研究所(以下簡稱近物所)及其控股公司研發(fā)生產的世界最大型醫(yī)療器械，融合了加速器、核探測、醫(yī)學診療等相關技術，提供碳離子束用于癌癥的治療。
醫(yī)用重離子加速器的出現，意味著在抗擊癌癥的放療之路上，中國正式邁入了全面升級并且擁有自主知識產權的“放療2.0時代"離子治療可精準獵殺癌細胞
世界衛(wèi)生組織指出:癌癥是全球第二大死因，在我國，惡性腫瘤(癌癥)已經成為嚴重威脅人民群眾健康的主要公共衛(wèi)生問題之ー。當前腫瘤治療的三大手段是外科手術、放射治療和化學治療，其中放射治療己是腫瘤最主要的治療方法之一。作為一種物理治療手段，放射治療已有100多年歷史。
在“放療1.0時代”，最常使用的射線是X射線，被稱為傳統(tǒng)放療射線(光子放療)。在對抗癌細胞時，傳統(tǒng)射線就像是一個蒙著眼睛的殺手，無法主動辨別正常細胞和癌細胞，在進入人體后實施無差別殺傷。這對于患者而言，隨之而來的就是難以避免的副作用，甚至容易造成更為嚴重的并發(fā)癥。所以某種程度上，治療效果其實就是在“賭”，賭的是好細胞和癌細胞誰先扛不住。
隨著核科學技術的發(fā)展，人們發(fā)現質子和重的帶電粒子一重離子的深度劑量分布非常適合于治療腫瘤。與常規(guī)放療使用的射線相比，重離子束放療治，在到達腫瘤病灶前，能量釋放不多，但到達病灶后，會瞬間釋放大量能量，形成名為“布拉格峰”的能量釋放軌跡，從而實現“立體定向爆破”。
重離子射線治療腫瘤疾病，通過醫(yī)用重離子加速器，可把肉眼無法看見的碳離子打入病患體內，精準獵殺癌細胞，又能將射線對病灶周圍健康組織的損傷控制到極小的范圍。綜合來看有對腫瘤細胞殺傷力大，對正常人體細胞損傷小，療程短、無痛苦、副作用小、治愈率高等優(yōu)勢，被國際公認為21世紀最理想的放療用射線。
近物所歷經27年的潛心研究，使我國打破國外技術壟斷，成為繼美國、日本、德國之后第四個掌握重離子治療腫瘤技術的國家。為了更好地推廣重離子治癌技術，中國科學院控股有限公司會同近物所成立國科離子醫(yī)療科技有限公司，“國科離子”將擔負起醫(yī)用重離子加速器產業(yè)化及市場化的重任。目前，首臺醫(yī)用重離子加速器已在甘肅省武威重離子醫(yī)院正式臨床應用，至今已完成300多例患者治療。
