前不久，上海瑞金医院利用国产质子治疗装置治疗了一位罹患垂体生殖细胞瘤的14岁青少年患者。在接受治疗后，该名患者颅内的病灶显著缩小，且身体其他部位并未出现任何不良损伤，显示了质子治疗装置在肿瘤治疗领域的巨大潜力。目前，该装置已经完成超过400例患者治疗，包括多名儿童患者，最小的年龄只有4岁。
12月11日，2024年上海产学研奖获奖项目名单正式公布，国产首台质子治疗系统荣获2024年上海产学研合作优秀项目奖特等奖。据悉，该项目经上海市政府批准，于2012年4月立项，总投资近6亿元。由上海艾普强粒子设备有限公司（以下简称“艾普强”）、中科院上海应用物理研究所、中科院上海高研院、瑞金医院等多家单位合作，历经11年砥砺奋进与不懈研发，最终成为全国首个通过国家权威机构检测并获得注册证的国产质子治疗装置。
从研发端技术源头创新，到与医院的临床应用，再到打通工业设计、材料部件制造、系统集成的产业链，国产首台质子治疗系统是如何连接实验室、医院、工厂等产学研各个环节，最终突破国外对质子治疗装置行业的垄断，成为上海科技创新的一张“闪亮名片”的？
从0到1，突破垄断，产学研无缝衔接
区别于传统放疗，质子治疗最大的优势就是能够精准打击癌细胞，同时最大限度地保护周围的正常细胞免受伤害。
在治疗过程中，质子先是以较低的能量密度穿透至肿瘤位置，然后集中释放能量，如利刃出鞘，精准切割肿瘤，而后迅速消散，几乎不再对后续组织造成伤害，实现“精准打击，点到即止”。而说到疗程，质子治疗也是“效率派”的代表。中位疗程次数15次，时长仅需3周，最短疗程更是只需3次。
然而，质子治疗如此卓越且高效的治疗手段，为何在以往未能广泛普及呢？记者了解到，质子治疗装置是当前最大型、最复杂的医疗设备之一，涉及加速器物理学、精密机械制造技术、生物物理、放射治疗学和肿瘤学等多门学科，是一个难度很大的高度集成系统，长期以来被国外产品所垄断。至今，全世界的质子治疗中心数量也仅有约120个。面对国外技术封锁与空白领域，中国团队选择了自主创新的道路。2011年2月，上海市政府将“首台国产质子治疗装置研制”与“瑞金医院肿瘤质子中心”项目确立为科技部、国家卫健委、中科院与上海市的战略合作重点，拉开了质子治疗装置国产化的序幕。
高端医疗器械研发难、投入大、周期长，技术路线如何选择？关键核心部件如何突破？在项目起步阶段，来自研发端的智力决策发挥着决定性作用。
高端医疗器械的关键核心部件买不来，只能通过基础研究从源头开始攻关。“比如高频加速枪的磁合金制作技术，只能从头研发。”质子治疗装置首席科学家、中科院上海高等研究院上海光源科学中心主任赵振堂院士举例。
世界上质子治疗装置研发路线分为散射型和扫描型。而相较于散射型，扫描型在剂量分布与适形性上具有更高精度，能更准确地覆盖靶区，并减少对正常组织的损伤。“起初，大多数国家采取的技术路线都为散射型的，扫描型刚刚起步，”赵振堂说道，“但经研判，我们认为扫描的效率更高。事实证明我们的判断是正确的，现在其他国家的技术路线也几乎都是扫描型了。”
针对其他核心零部件如轻量化旋转机架等的性能要求，赵振堂表示：“这些技术在研发时，我们就是朝着挑战世界最优性能去的。”他强调：“项目一开始，领导就明确告诉我们，我们要做的是能真正用在临床上、帮助病人的产品，而不是摆在那里看看就好的‘纪念品’。”
为了加速质子治疗技术的产业化步伐，2011年由上海联和投资有限公司和中国科学院上海应用物理研究所共同成立了艾普强企业，并在项目成功后，通过“带土移植”核心研发人员全职加入公司，实现了科研单位与企业的无缝衔接。艾普强与中科院上海应用物理研究所、中科院上海高研院等机构紧密携手，共同推动技术研发与产业化的深入发展。在加工、制造、安装、调试等关键环节，艾普强企业人员积极参与，为技术的顺利转移和产业化打下了坚实的基础。同时，艾普强公司还肩负起了取证、辐射防护等国家许可申请的重任，成为了技术应用与市场推广的中坚力量。
国产质子治疗系统的国产化率超过95%，同一适应症每疗程最高收费不超过17万元，较市场同类装置低10万元以上，大大降低了患者的治疗成本。艾普强总工程师张满洲说：“上海光源研发时已经积累了大量的产业链信息，艾普强也和这些企业建立了深厚的合作关系，再加上后来携手的其他供应商，我们开辟了一个新的产业链。”
既是“工厂”，又是医院，
创新的源泉根植于临床需求
除去光源中心的努力外，在质子治疗技术的研发征途中，瑞金医院作为至关重要的用户端，发挥了无可替代的引领作用。
步入瑞金医院肿瘤质子中心的治疗室，患者或许会惊讶于治疗仪器的小巧，甚至感觉房间略显空旷。然而，这“小巧”的仪器背后，却隐藏着庞然大物般的旋转机架、同步加速器以及束流输运线等复杂设备，它们犹如施工现场的大型机械，若要一睹全貌，甚至还需攀上楼梯。
这些庞大的设备并非是在医疗大楼竣工后才匆匆入驻。从建筑打桩的那一刻起，设备的建设、安装、调试，乃至每一例临床研究、正式治疗，都与瑞金医院紧密相连。可以说，设备工厂的生产现场，实际上就是瑞金医院的一部分。中国工程院院士、瑞金医院院长宁光形象地将其描述为“将‘工厂’直接建在医院里”。
“工厂”入驻医院，使得研发团队能够迅速捕捉到一线的实际需求。质子治疗对精准度、能量控制等要求极为严苛。“例如，人体在呼吸过程中，身体组织及肿瘤的位置都会发生微妙变化，因此控制算法必须精准定位到呼吸的哪个阶段才能发射质子流。”赵振堂院士指出。宁光院长则表示，医疗需求的最初感知者始终是医务工作者，创新的源泉就深植于医院之中。“但医生的专长在于诊治，而发明创造则是研发机构或企业的使命。将两者紧密结合，创新的速度将大大加快。”
经过不懈努力，国产首台质子治疗装置于2018年完成安装，并迎来了高规格的技术评估。评估团认为该装置指标达到世界先进水平，标志着中国在高端医疗装备领域取得了重大突破。到项目投入使用时，团队共取得了55项发明专利和18项实用新型专利，为质子治疗技术的国产化提供了强有力的技术支撑。
“截止到11月22日，我们的‘质子治疗系统’共收治质子放疗患者396例，其中有14例儿童青少年肿瘤，年纪最小的只有4岁，肿瘤相关生存率99.2%。”上海交通大学医学院附属瑞金医院放射治疗科主任陈佳艺介绍说。
如今，国产质子治疗系统已成功应用于临床并正在进行推广，为患者带来了福音。据介绍，截至目前，质子治疗在患者中的应用已展现出极佳的疗效与卓越的安全性。3级不良反应的发生率仅为1.1%，且未出现任何4-5级严重不良反应的情况，局部控制率更是高达99.2%。
此外，瑞金质子团队还为大部分患者量身定制了短疗程和超短疗程放疗方案，不仅缩短了治疗时间，提高了便利性，同时还减少了医疗资源的消耗和费用，而疗效与传统放疗方案相比也毫不逊色。
文字丨秦御方
