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物理学家要担当中国放疗设备的创新

好医生网特邀作者:张中柱,退休工程师,四十余年肿瘤放疗设备研发经历。

近日,由中国生物医学工程学会医学物理分会和卫健委国际交流与合作中心联合举办的“首届医学物理促进医疗器械行业发展论坛”于北京国家会议中心盛大召开。本届论坛以“医学物理学科促进国产肿瘤放疗设备发展”为主题,当代放疗学科领军人殷蔚伯教授、申文江教授、王绿化教授、张福泉教授,老一辈放射物理学家胡逸民教授、王连元教授、包尚联教授、刘志成教授,青年物理学家高家红教授、颜学庆教授、陈怀碧教授、邱杰教授,临床放射物理学家白彦灵教授、柏森教授、李强教授等,以及新生代放射设备研发企业家苏州雷泰医疗科技公司姚毅、江苏瑞尔医疗科技公司付东山、上海联影医疗科技公司倪诚博士,我国国家大科学装置的代表人物兰州近代物理研究所夏佳文院士、中国科学院上海高等研究院赵振堂副院长等百余位国内外产、学、研、用、政各界学者精英汇聚一堂,共探国产肿瘤放疗设备发展道路。

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中国生物医学工程学会医学物理分会主任委员戴建荣

中国生物医学工程学会医学物理分会主任委员戴建荣主持了论坛开幕式。

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现场花絮

中国生物医学工程学会医学物理分会成立30余年来,团结聚集了一大批国内外放射医学界临床,物理、科研、生产、管理、经营各界精英,他们以拯救生命、为国分忧、攻坚克难、勇挑重担为己任,可敬可赞!

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国家卫健委国际交流与合作中心副主任王健

国家卫健委国际交流与合作中心副主任王健指出,我国医疗器械行业与国际先进水平差距大,主要根源在于研发投入小、创新能力差。

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中国生物医学工程学会秘书长池慧

中国生物医学工程学会秘书长池慧强调道,医工理结合推动创新技术进步才是医疗器械行业发展的出路。

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中华医学会放射肿瘤学分会主任委员王绿化

中华医学会放射肿瘤学分会主任委员王绿化则指出:“放射治疗技术发展很快,中国物理专家也做了许多研究,也有很多专利,但大多都没有转化为产品,这是我们认识理念的落后,要加强医、工、理结合,推动我国放疗设备的创新发展。”

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中科院近代物理所夏佳文院士

中科院近代物理所夏佳文院士长期从事国家大科学装置重离子加速器的研发工程,曾任国家“九五”重大科学工程“兰州重离子加速器冷却储存环 HIRFL-CSR”总工程师,也是首台国产重离子肿瘤治疗专用装置总工程师。工作严谨、为人低调、坚持一线、勤于创新的夏院士表示,大科学装置是提升国家战略科技及力量储备的重要保障,重离子加速器在国民经济的交叉领域有广阔的应用价值,在航天、材料、农业尤其在肿瘤放射治疗领域有独特优势。

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据了解,中科院近物所已在重离子肿瘤治疗应用研究上走过了25年历程,前15年一直在做相关的生物研究,自2008年以来才开始启动从浅层到深部肿瘤的临床研究,并逐步完成了科研成果到产品化的转换。这期间既有近物所几代人的奉献,更有临床医生、物理学家、工程技术各界仁人志士在相关研究、开发、生产、经营、管理方面的贡献,这是一条多么艰辛亦创新的道路!

创新难,不仅难在理论研究、开发实践、应用探索、经费短缺,更难在攀登科研高峰中,那份历经艰难曲折后在失败中的坚持、在低谷中的坚守。中国科学家就是有这股精神气儿,他们从原子弹到氢弹,从反应堆到加速器,从核科学到放射治疗,数十年如一日,终于把重离子应用于防癌治疗临床第一线。

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中科院近物所重离子肿瘤治疗装置是中国科技人员自主知识产权的重大医疗器械成果,有望在今年获得CFDA认证正式投入临床应用,但在临床试验、装置小型化、治疗计划、剂量验证、精确定位、影像引导等方面仍需上下求索、臻于至善。

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中国科学院上海高等研究院副院长赵振堂

中国科学院上海高等研究院副院长赵振堂应该是新中国培养的第二代加速器科学家,是1977年清华大学文革后第一批加速器本科生,是十年动乱后从万千知青中走进中国理工科学殿堂的佼佼者,也是在科学创新艰难曲折中脱颖而出的一名坚守者。赵所长以“质子治疗系统研发进展”为主题,详要介绍了国家大科学装置“上海光源加速器SSRF装置”研究成果在肿瘤治疗中的应用及首台国产质子治疗示范装置研制现状。作为这台质子医用加速器的首席科学家,赵所长及其团队自20091月开始立项,2013年样机研制,2016年在上海瑞金医院安装,2018年进入检测阶段,历经十年,计划于2021通过CFDA进入临床应用。不容忽视的是,此质子医用加速器同样面临装置小型化、降低成本、提高效率、安全运行并满足更多肿瘤放射治疗临床需要等一系列问题亟待破解。

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首台质子医用加速器与国产重离子加速器的研制有着共同的特征,即都是国家队在大科学装置基础上的应用成果推广,研制中有大量自主知识产权产生,受到国家有关部委有力支持,调动产、学、研、用各方资源,实现了理、工、医跨行业结合。这两种放射治疗设备虽然目前还未正式取得CFDA审批,但一系列关键指标都意味着可以列入国际水平。作为国家医疗器械的示范装置,将对我国抗癌事业产生重大推广示范效应。

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留美著名放射物理者Charlie Ma

留美著名放射物理者Charlie Ma以“医学物理与放射设备和技术的发展前景”为主题,不仅回顾了从伦琴发现的X射线在医疗上的应用开始,到近代国际和国内各种粒子放射治疗装置的百年进展,更侧重探讨了中国放射治疗设备的发展策略。“作为世界最大的发展中国家之一,中国如何制定适合中国国情的放疗设备发展策略。中国现在具备了研制多样化、多层次放射治疗设备的条件,”Ma进一步指出,“但放射治疗设备的研发政策应该回归理性。”

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笔者认为,中国放射治疗设备发展的基本策略还是应该以服务80%的肿瘤患者为基点,我们做的放疗设备首先是让癌症病人用得起、能治病,医院买得了、用得好的基础设备,当然也要有高挡次、高收费、高大上的先进设备。但有两个基点需考虑:一是中国的医保费用短期无法与发达国家比拟;二是百姓也要享受到基本抗癌医疗保障。

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中国医学科学院协和医科大学肿瘤研究所肿瘤医院研究员、博士生导师、首席放射物理专家胡逸民教授

胡逸民教授则在“医学物理对放射治疗发展的贡献”报告中回顾了放射肿瘤学的每次里程碑进步,毋庸置疑的是,期间都有物理学家贡献。

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苏州雷泰公司姚毅博士

来自苏州雷泰公司的姚毅从业于放射物理32年,曾任美国CMS首席物理师,自1996年回国后踏上创业征程,期待能为中国放疗界贡献力量。匠心十余年磨一“剑”,其创新研制的具备IMRTIGRT功能的精确放疗直线加速器一经面世便甫露芳华,目前正在中国人民解放军总医院第五医学中心安装以应用于临床。

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这张幻灯片承载着姚博士对未来中国放疗设备发展的基本构想。“目前,放射物理界和医学工程界有了一个共识,即医用电子直线加速器中加速器本身的成本只有15%左右,而相关应用部件如LMC、软件、QA、影像、网络的成本却越来越高!放射物理技术的进步将在放疗设备的创新中扮演越来越重要的角色。”

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江苏瑞尔付东山博士

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如何改变中国肿瘤放疗装备仍然依赖进口的现状?江苏瑞尔付东山博士曾是美国赛博刀的首席软件科学家。9年前,他带着自己的科研成果回到祖国,着手先进精确放射治疗设备的研发,立志研制出适合中国国情精确放疗的直线加速器。其成功研制的双KV级影像引导装置,在国内赢得了很多用户的认可,在国产伽玛刀、直线加速器领域口碑相传,也得到了国家支持,进入了千人计划。付博士通过调研中国放疗设备企业后,建议“中国科学家在放射物理、医学工程、人工智能等领域具备了相当基础,有可能在神经外科放射领域取得突破性进展。”

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7年前,联影医疗决定结合自身卓越的影像科技基础进军放射治疗设备领域。2018年年底,联影首发的世界首台 CT一体化直线加速器 URT-Linac 506C获得CFDA认证,并进入临床。但这款CT引导的直线加速器的优势何在、CT引导的直线加速器长轴治疗床的沉降如何处理、IGRT的实施效果等问题此前并未得到主流放射治疗学界的认同。基于此,联影医疗邀请了德国物理学家Johannes Stahl以翔实的实验对CT引导的直线加速器的优点、沉降引起的误差及校正、QA规程实施作了相关主题报告,证明经过硬软件设置及QA措施,联影CT一体化直线加速器 URT-Linac 506C的精度可达到1毫米。

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一种创新的医疗器械从立意、设计、研制、检测、临试、注册到上市,往往是一场智慧、资金、协作、机遇、意志的严峻考验!而大型放疗设备又具备技术密集、市场狭窄、长期投入、竞争激烈的残酷性!每一位尝试投入RT领域的学者、工程师和经营者都需具备足够的物质和精神准备!笔者入行45年来,还没见到有名利双收的医用加速器改革达人出现,但后继攀登者仍在砥励奋进!

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北京市医疗器械检验所王培臣主任

十余年来,北京市医疗器械检验所王培臣主任及其同事检测了所有进入中国境内的放疗设备。近年来,为支持国产伽玛刀、加速器尽快通过相关检测,他们改变了坐等设备交付后再进入检测的老套路,从放疗设备进入安装调试阶段就与用户共同制定检测标准、程序,研制了相关检测仪器,从而缩短了检测时间,加快了检测进度,节约了企业研发经费。

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王培臣主任应邀在本次论坛中作了“放射治疗设备的注册检验”的主题报告,透过最后一张幻灯片,显见其良心用苦!

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美国MD. Anderson肿瘤中心Jihong Wang

美国MD. Anderson肿瘤中心Jihong Wang教授以“医学物理师在推动影像设备发展中的作用”为主题,重点解析了磁共振引导放疗设备国际发展现状及前景。这是放疗行业一颗明亮的新星,引起了物理学家们的高度关注,互动环节精彩不断。

改革开放四十年来,国家强大、科学进步、人民幸福,但金山银山不是青山绿水,我国的卫生健康事业,尤其是恶性肿瘤防治水平仍令人担忧。国家癌症中心最新完成的中国恶性肿瘤流行情况分析报告显示,2015年全国恶性肿瘤发病约392.9万例(男性约为215.1万例,女性约为177。8万例),死亡约233.8万例(男性约为147。9万例,女性约为85.9万例),这意味着平均每天超过1万人被确诊为癌症。高发病率和高致死率的恶性肿瘤严重威胁我国人民生命健康,给国家、社会和个人造成沉重的经济、心理负担,我国每年所需的相关医疗花费超过2200亿元。

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这是我国著名肿瘤放射治疗学家谷铣之教授15年前在一次讲座中的幻灯片,谷铣之教授一直认为钴60和直线加速器是中国肿瘤放射治疗的基本设备。15年前,谷教授已认识到先进的逆向调强、影像引导、剂量引导和自适应放疗设备将是今后更先进的治疗装备,但这些装备还只能服务于少数人群,对于中国千万基层癌症病人,电子直线加速器才是我们的基本放疗装备。虽然近年来科学技术日新月异,比如IMRTIGRT的临床应用,但面对当前基层医院放疗建设能力薄弱、北上广肿瘤医院人满为患、百姓医保条件缺失的现状,这张幻灯片的理念仍然值得回顾。

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笔者甚是钦佩的另一位我国肿瘤学和放射治疗学先驱者、奠基人之一吴桓兴教授,其担任中国医学科学院肿瘤院长后,一直强调中国抗癌事业不能完全依靠国外放疗设备,1972年吴教授指导北京理工厂(后北京医用射线机),成功研制了250KV深部X射线治疗机。此后,这种放疗X射线机前后生产了近八百台,在上个世纪几乎装备到了每个医院的放疗科。

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北京镭容器

1958年,吴桓兴教授发明了用于妇科肿瘤的“北京镭容器”,这是一项针对中国国情、拥有中国自主知识产权的放疗设备发明。这种施源器具备剂量分布好、对健康组织损伤小的核心优势。吴教授将北京镭容器用于宫颈癌治疗,来取得了良好的效果。1982年,吴桓兴教授在美国西雅图举行的第13届国际肿瘤大会上报告了中国医学科学院肿瘤医院自1958年至1975年治疗宫颈癌的疗效:收治9604例患者,五年生存率Ⅰ期为93。8%,Ⅱ期为81.5%,Ⅲ期为63%,Ⅳ期为25.5%,平均五年生存率为68。6%。如此高的生存率在当时处于世界先进水平,而且报告的病例数之多也是世界独一无二的,报告受到大会的高度关注及频频赞赏。此后,吴桓兴教授先后获得了英国皇家科学院荣誉院士和法兰西国家勋章殊荣。

60年以前,中国放射肿瘤学的前辈就已经开始研制适合中国国情的放疗设备,并取得了卓越的治疗效果。一位放射肿瘤医生,当他心中拥有对千万肿瘤患者大爱,又能采用理、工、医结合理念时,他或许可以成为放疗设备的发明家的!中国放疗设备真正的创新需要由放疗医生和物理师的参与,去实践,去主导。不久的将来,值得期待!


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