放射治疗技术的“塔尖”质子治疗中心包含哪些设备和系统？

早在20世纪50年代 ,  质子射线就被用于癌症治疗 ;  1990年第一家质子中心在美国加利福尼亚州落地 ,  质子治疗正式应用于临床；近30年质子治疗在欧美等发达国家蓬勃发展；近年来在我国 ,  随着国产自主研发的高端医疗技术日趋成熟 ,  质子放射治疗的发展步入了快车道。肿瘤放射治疗已进入精准智能的新时代，质子放射治疗作为放射治疗技术的“塔尖”, 被寄予厚望。质子治疗适应证广泛 ,  作为一种前沿的肿瘤治疗技术 , 拓展了放射治疗的应用宽度 , 在治疗各类肿瘤上展现了显著的疗效，进一步提高了肿瘤治疗患者的治愈率和生活质量；为年龄大、心肺功能较差或无法耐受手术治疗的患者提供了新的治疗选择；特别在儿童肿瘤放射治疗中，出于对保护儿童正常组织和器官的考虑 , 质子治疗能发挥显著的优势。

我国虽然在这一领域起步较晚 , 但“ 十三五 ”以来发展迅猛多地陆续建成多家质子治疗中心。根据 《国家卫生健康委关于发布“ 十四 五 ”大型医用设备配置规划的通知》（国卫财务发〔2023〕 18号）， “十四五”期间，全国规划配置重离子质子放射治疗系统41台，截至目前，重离子质子放射治疗系统规划总数为60台。我国制造业转型升级，为质子重离子治疗系统的创新发展带来重大机遇，其市场呈现加速增长态势。

质子治疗系统是集放射医学、放射物理、核技术、高级影像 、网络技术、自动控制、精密机械等多学科融合交叉为一体的高科技医疗设备集成系统。

尽管从外观看 , 质子治疗中心大楼与其他医疗建筑相似 ,  但实际上不同设备制造商设备的结构、体积、布局等都不同，涉及研发、设计、制造、安装和调试等一系列定制化流程。

质子治疗系统作为以大型精密高科技医疗设备为支撑的高端医疗设备系统，项目建设周期长，从基础设施建设到资金投入、人力资源投入都是规模庞大的国家级项目。普通医院的建设流程是先设计医院建筑，然后考虑医疗设备的选型和采购 ,  而质子治疗中心必须先进行设备选型 , 再设计建筑的布局与结构。所以试错的代价高，前期的规划非常重要。

大型加速器通过安装在建筑内部辐射禁区内的束流传输系统连接N个治疗室  ( 一般3个或更多治疗室) 。大型多室质子治疗系统整体较为复杂，对机房精度要求极高，机房占地面积大，对防沉降和振动要求也较高，管道线路预埋多，需一次性将机房建设完成。

加速器和单个机架  (治疗室)  分别布置在不同的房间，通过束流传输系统连接。小型化质子治疗系统加速器较小，机房占地面积相对大型多室质子治疗系统小，流运输线相对较少，建筑复杂程度降低。

超小型加速器和机架集成到一起，加速器和旋转机架及治疗室一体化 ,  采用新型束流线设计，束流利用率高；机房占地面积小；机房建设造价大幅降低。实际使用过程中可根据用户场地情况和临床需求量决定治疗室数量，可选择单室或1+N多室并联设计。

国际上质子重离子治疗装置目前已经形成产业，回旋加速器的厂家主要有IBA、 varian、Mevion 、proNova、住友；同步加速器的厂家主要有日立公司、三菱公司 、东芝公司 。这些公司均可提供系统解决方案 ，技术产品相对成熟稳定，竞争激烈。

常导等时性回旋加速器是一种使用常温磁体使粒子回旋周期保持不变，就可以把粒子加速到较高能量的回旋加速器，体积大、重量大、能耗高。

超导回旋加速器是使用超导磁体的回旋加速器，体积、重量和能耗较常导等时性回旋加速器有所减小。

同步加速器是在一定的环形轨道上利用高频电场加速电子或离子的环形加速器装置。同步加速器中磁场强度随被加速粒子能量的增加而增加 ，从而保持粒子回旋频率与高频加速电场同步，设备占地和重量也相对较大。

超导同步回旋加速器是使用超导磁体的同步回旋加速器 ，体积和重量小 、功耗低。

通过射程调节器或能量选择系统调整布拉格峰在人体内的深度以实现剂量在特定位置的集中递送。根据系统的不同设计，可以位于束流传输系统前端或后端。

大型多室质子治疗系统中束流传输系统由安装在束流传输区内的较长束流输运线及各种聚焦和导向磁铁及配套冷却系统组成，用于传输与分配质子束流。小型质子治疗系统缩短了该系统的长度，简化了结构。集成化小型质子治疗系统则采用直接束流传输技术，取消了复杂的束流输运线及相关磁铁和配套系统。

固定束治疗室通常由治疗头和治疗床  (椅)  组成，通过旋转治疗椅或治疗床获得多角度治疗。

包括旋转治疗系统、患者定位系统、定位控制设备、成像控制设备、治疗信息显示系统。旋转治疗系统包括旋转治疗头、成像设备 ；患者定位系统包括机器人治疗床；旋转治疗头能够将束流输运系统中的能量通过控制系统精确地放射到病患的肿瘤区域；成像设备能够将患者的肿瘤信息反债到治疗系统，以调整治疗的位置；患者定位系统能够将患者精确运送至治疗位置。

包含主加速器控制系统和各治疗室控制系统。主加速器控制系统通常是大型多室系统的设备主要控制系统，由设备厂家驻点工程师操控，主要负责系统的正常运行和束流配送的控制。小型集成型质子系统通常简化这一系统。各治疗室控制系统， 由院方医务人员、技术人员操作，主要用于日常的治疗流程运行和病人的治疗，操作过程与普通直线加速器相似。

通常由质子治疗系统不同区域的辐射检测系统和连锁软件系统组成，在质子系统运行状态下，保证整个质子区域内的辐射安全防护符合相关规定的要求，如现场出现异常情况就可及时发出警报提示现场临床工作人员，具体实施可按环境影响评估要求及厂家配套需求落实。

水冷间。给质子治疗系统提供专用的符合水质要求的冷却水， 包括质子治疗系统的加速器、磁体、压缩机等需降温的设备。大型质子治疗系统因所需降温的设备多 、热荷载大制冷量需求大，相应的热交换设备多工艺冷却水机房面积较大 。集成化小型质子治疗系统降温的设备少 、热荷载小制冷量需求小，机房面积小。工艺冷却水系统通常由院方 (业 主) 负责提供，与质子系统预留的接口连接，不在质子设备供应商供货范围  (加速器射频功率源一般采用高功率电子四极管作为放大器件，为保证电子管阳极绝缘和高功率冷却，需要采用去离子水或纯水，一般情况下要求水电阻率>1MΩ）。冷却水的制冷功率根据射频功率源的功率大小和阳极耗散功率来决定  (电子管功率源效率一般大于 60%) 。射频功率源如采用固态LDMOS场效应管放大器件的， 为减少对铜制功放水冷板腐蚀，一般也采用去离子水，固态射频功率源效率一般低于50%，所以对散热要求大于电子管功率源。

气体机房。加速器和治疗室分体布置的质子治疗系统设备需要提供专用气体设备机房配套运行 ；小型集成化质子治疗系统无须设计专用的气体机房；同步直线质子加速器一般采用脉冲四级管功率源  (如上海瑞金医院)， 其RFQ和DTL加速器采用进口4616V4电子四级管功率源， 为了保证电子管谐振腔高功率绝缘和耐压，通常采用氮气或六氣化硫惰性气体提高绝缘耐压等级。

UPS设备间。给质子治疗系统设备的控制系统和加速器等设备提供不间断电源， 避免突发供电故障造成停电风险。由UPS功率和供电时间需求确定空间设计要求， 规划房间布局和面积。

配属质子治疗区新风机房 、空调系统机房和排风机房。根据环境保护法规 、环评报告书及设计规范要求，确定新风量 、排风量及排放方式，确定机房布局和面积 。不同的质子治疗系统的需求也不一样，集成化小型质子治疗系统需求最小。

应急发电设备机房。配备功率足够的应急发电设备，满足断电期间主要关键设备的电源供应。大型质子系统设备功率较大， 通常达到800kw以上；小型集成型质子系统设备功率较小，具体功率需求根据质子设备供应厂家需求设计， 通常由院方  (业主)  设计及配备提供。

接地系统。为减少和避免对其他医疗设备的干扰， 加速器射频功率源机房的单独高频接地设计。由于加速器射频功率源的功率大  ( 一般100~500kw等级)， 根据加速器形式不同，有脉冲和连续波两种工作模式。对于高频发射机  (射频功率源)  的高频接地有特殊的要求。大功率射频设备只有良好接地才能满足质子医院整体电磁兼容设计要求。一般采用敷设高频地网 、填埋降阻剂 、增设多组离子地极等方式， 使得高频接地电阻满足小于1Ω的要求。