天工開問丨放射性核素如何助力癌癥早期診斷？

楊丹梨鷺 封面新聞記者 譚羽清 閆雯雯

回旋加速器是利用磁場和電場共同使帶電粒子作回旋運動，在運動中經高頻電場反復加速的裝置，是高能物理中的重要儀器。

說到這種儀器，我們一般會聯想到原子彈研發、宇宙射線模擬、尋找新粒子等各種“高深莫測”的物理實驗。但近些年，隨著科技的創新發展與落地轉化，醫用回旋加速器生產的放射性核素正在成為醫生的好幫手，讓病人的癌癥能更早被發現。

為什么回旋加速器生產的物質還能“查癌”？我國相關科技研發、落地情況如何？8月下旬，記者來到四川玖誼源粒子科技有限公司（以下簡稱“玖誼源”）尋找答案......

醫用回旋加速器助力 找到細胞狀態的腫瘤

走進玖誼源剛投入使用的研發生產基地，能看到其中已經擺放了不少不同型號的醫用回旋加速器，有的正在進行組裝試驗，有的已經基本調試完成。據悉，該基地具備年產35臺醫用回旋加速器的能力，目前公司已收獲了多家醫院的訂單。

在上個世紀回旋加速器被發明出來時，它主要用于驗證高能物理實驗當中某些粒子碰撞時發生的現象。當高速運動的粒子在靶體里與特定物質發生碰撞，就可能產生某些自然界中沒有的放射性核素，而特定的核素，與葡萄糖、膽堿等人體某些癌癥病灶所需物質結合后制成放射性藥物，就能成為“查癌”標識。

這是基于什么原理？該公司總經辦主任唐毅以18FFDG為例給出了解釋，“腫瘤生長需要很多能量，當醫生將帶有放射性的葡萄糖注射到病人體內，這些帶放射性的葡萄糖就會富集在腫瘤處。然后通過PETCT這種正電子顯像手段將它捕捉到，醫生就能夠更精準地識別哪里的細胞發生了癌變。”

放射性核素氟18示意圖（圖片源自網絡）

他還表示，這種檢測手段比普通的CT更具優勢，因為CT是基于形態學的檢測手段，相當于給腫瘤拍了一張照片，是直觀地去看可能的病灶部位形態變化及異常，而使用放射性藥物的PETCT結合了PET功能顯像與CT形態學顯像的優勢，實現人體解剖結構與功能代謝成像的完美結合， “相當于腫瘤還處于細胞的狀態就能被發現。”

此外，談到放射性物質，其安全性也深受關注，唐毅對此做了科普，“其實它（入藥的放射性核素）半衰期比較短，像氟18，它的半衰期是109分鐘，即109分鐘它的劑量就會縮減一半，一天后就幾乎衰變完了。”而且藥物中放射性元素的用量也很小，“基本上注射1次最高的用量也就10mCi（毫居）左右，所受的輻射可能也就相當于2~3次CT的劑量。”

老院士家國情懷 催生優秀國產設備

目前，經過多年技術攻關，該公司的醫用回旋加速器的核心技術已完全實現自研。據唐毅介紹，這一切起源于一位老院士就醫時油然而生的家國情懷。

自研醫用回旋加速器模型

某次這位院士去醫院檢查時，了解到所用的昂貴放射性藥物是由醫用回旋加速器所生產，而這些設備當時都是進口的。正好這位院士是加速器領域的專家，他認為這種設備咱們中國人自己也有能力造。

于是他回去后，就召集了一批科學家，立項開始研制國產小型回旋加速器。從2007年到2015年，在這近8年間，團隊從基本的物理原理出發，從物理試驗，到原理樣機，到工程樣機，再到商業化樣機，一步步攻克了醫用回旋加速器設備的核心技術。

“這個技術本身就是很難的，里面涉及束流動力學的計算。而且要很嚴謹地控制加速器中的粒子束，這里面的磁場跟電場之間的配合是需要非常精準的。”談到設備實現自研的過程，唐毅不禁感嘆。

資料顯示，束流動力學是一門研究帶電粒子束在空間中運動規律的學科。粒子束是由大量粒子組成的集合體，它們在空間中的運動規律受到許多因素的影響，如電磁場、空間磁場、粒子間相互作用等。

想象一下，在真空環境里，你要約束一種幾乎看不見的物質讓它按照設定軌跡做不斷的回旋加速運動。如果約束不好的話，束流可能在運動過程中就丟失掉了。

2013年，團隊的第一臺醫用回旋加速器的原型機誕生，而現在，經過不斷改造、創新、優化，團隊的國產設備“后來居上”，相對某些國外設備還更具優勢，包括能快速實現更換的可插拔粒子源、單個損壞不影響設備整體供能的固態模塊化高頻源等，這些都讓讓醫護工作者在使用、維護加速器時能更加快速、高效、便捷。

科技創新+成果轉化 推動我國核醫療發展

據唐毅介紹，他們2019年在綿陽科學城投入使用的第一臺醫用回旋加速器穩定運行至今，已服務了約5000位病人，“這個設備沒有國產化前，做PETCT診斷的費用比較高，在零幾年時，國內價格大概在2萬多元一次，目前科學城醫院的收費價格差不多是7000元。”

PETCT儀器（圖片源自網絡）

他表示，在僅能依靠進口設備時，由于價格高、維護不便、核素來源不穩定等原因，我國的核醫療健康事業發展受制于人而現在國產化的設備，或能讓這種前沿的醫療方式得到更加快速的發展和推廣。

“目前我們的客戶已經包括縣級醫療機構地區的中心醫院，區域性的中心醫院。”唐毅說道。并且他認為未來我國的核醫療將快速拓展到更多醫學臨床領域，“現在（醫用回旋加速器生產的放射性核素）主要是用于腫瘤的早期診斷，其實它還可以用于生產其他放射性藥物，做阿爾茨海默癥、前列腺疾病等的篩查。”

在未來，唐毅表示公司將加強科技創新意識，用科技創新推動企業發展，繼續深耕核醫療裝備領域，以現有的回旋加速器技術為基礎，進行設備的創新和同位素技術的研發，助力我國核醫療健康發展。

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