【機(jī)械cax360第424期】德國(guó)制造以過(guò)硬的產(chǎn)品質(zhì)量被大家認(rèn)可，在醫(yī)療器械領(lǐng)域也是世界領(lǐng)先。2012年德國(guó)制造了一臺(tái)全球最大、最先進(jìn)、最復(fù)雜也是最昂貴的醫(yī)療器械：海德堡360°重離子治療一體機(jī)。
▲海德堡360°重離子治療一體機(jī)
01
海德堡360°重離子治療一體機(jī)是由德國(guó)西門子公司建造，重達(dá)670噸。放置在海德堡重離子放射治療中心（Heidelberg Heavy Ion Therapy Center，簡(jiǎn)稱為HIT），它是歐洲唯一一家能同時(shí)提供質(zhì)子和重離子治療的大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)，因劃時(shí)代的化療創(chuàng)新技術(shù)和針對(duì)腫瘤的獨(dú)特治療系統(tǒng)而聞名于全世界。
▲海德堡重離子放射治療中心
2004年海德堡大學(xué)附屬醫(yī)院和德國(guó)州政府共同投資1.19億歐元在海德堡建立該放射中心。HIT中心占地面積5027平方米，接近一個(gè)足球場(chǎng)的大小，共有2座建筑，一個(gè)供各種人員辦公用。一個(gè)是帶屏蔽的建筑，安裝有加速器和三個(gè)治療室，建筑共3層，2層在地下。
▲海德堡重離子放射治療中心
HIT中心的全體工作人員，包括醫(yī)生、護(hù)士物理師、工程師、技術(shù)員和助理等共70多人。每周一到周六工作6天，加速器24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，治療每天早晚兩班。
▲HIT總體方案圖
海德堡360°重離子治療一體機(jī)是由一臺(tái)同步加速器，一臺(tái)離子源、RFQ和直線加速器串接形成的預(yù)直線加速器作為注入器組成。
加速器引出的粒子束通過(guò)輸運(yùn)線，分別送到三個(gè)治療室和一個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)，兩個(gè)水平治療室，每室有一個(gè)固定治療頭，一個(gè)旋轉(zhuǎn)治療室有一個(gè)旋轉(zhuǎn)治療頭。
▲360°重離子治療一體機(jī)加速器
加速器可加速四種治療用粒子、質(zhì)子、鈹、碳和氧離子，碳重離子的能量是50~430 MeV/n，相當(dāng)在水中等效20~300 mm。
加速器的束流引出時(shí)間是1~10 s，在垂直和水平方向的束流直徑是4~10 mm，根據(jù)不同離子的類型，粒子強(qiáng)度是從1×106~4×1010離子/每次引出。治療腫瘤的對(duì)象是目前難以治愈的腦瘤、前列腺瘤和軟組織肉瘤。
2012年10月19日，這個(gè)世界首臺(tái)360°質(zhì)子刀和重離子刀治療一體機(jī)開(kāi)始全面運(yùn)行工作，首先為三位患者提供放射治療。2013年開(kāi)始，在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，預(yù)計(jì)每年能為750例患者提供治療。
02
HIT中心一共有三層，兩層在地下。還有一個(gè)是帶屏蔽的建筑，安裝有加速器和三個(gè)治療室。
360°重離子治療一體機(jī)是一個(gè)巨大的鋼結(jié)構(gòu)。它長(zhǎng)25米，直徑13米，重670噸，其中600噸裝置可以毫米級(jí)精度旋轉(zhuǎn)。
360°重離子治療一體機(jī)的粒子束技術(shù)和建筑設(shè)施是由達(dá)姆施塔特重型研究中心完成。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)由MT Aerospace建造，MT Aerospace是衛(wèi)星和望遠(yuǎn)鏡建設(shè)的全球領(lǐng)導(dǎo)者。治療患者的技術(shù)是在西門子醫(yī)療與HIT-Betriebs GmbH專家合作的背景下開(kāi)發(fā)的。
海德堡大學(xué)醫(yī)院HIT-Betriebs GmbH的物理學(xué)家，技術(shù)人員和軟件專家團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)360°重離子治療一體機(jī)的運(yùn)營(yíng)和技術(shù)改進(jìn)。
360°重離子治療一體機(jī)非常精確，以高達(dá)75％的光速到達(dá)患者，可以穿透到組織中30厘米并且偏離目標(biāo)不超過(guò)1毫米。
▲360°重離子治療一體機(jī)治療腫瘤
360°重離子治療一體可從任何角度用重離子（碳，氦，氧）和質(zhì)子（氫）照射腫瘤。此外，基于機(jī)器人的治療臺(tái)可以通過(guò)六種方式進(jìn)行調(diào)整。
▲360°重離子治療一體機(jī)治療患者
光柵掃描被集成到360°重離子治療一體機(jī)中，這種極其精確的照射方法以毫米為單位掃描腫瘤，可以保護(hù)健康組織且只治療腫瘤區(qū)域。
特別是腫瘤在高度輻射敏感位置或者諸如視神經(jīng)附近的復(fù)雜位置，可以通過(guò)選擇最佳射束入射角來(lái)減小這些器官的損傷。
03
海德堡360°重離子治療一體機(jī)的各部分組成如下圖所示。
1.離子源：這是產(chǎn)生正電荷原子 - 離子束的地方。使用氫氣獲得質(zhì)子，使用二氧化碳獲得碳離子。
2.兩級(jí)直線加速器：離子在高頻結(jié)構(gòu)中加速到高達(dá)10％的光速。
3. 同步加速器：六個(gè)60°磁鐵將離子束彎曲成圓形路徑。在大約一百萬(wàn)個(gè)軌道中，離子被加速到高達(dá)75％的光速。
4.朝向治療室的方向：磁鐵引導(dǎo)并將光束聚焦在真空管中。
5.治療室：光束通過(guò)窗口進(jìn)入治療室?；颊弑环胖迷谥委熍_(tái)上，該治療臺(tái)由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人精確調(diào)節(jié)。
6.位置控制：使用數(shù)字X射線系統(tǒng)，在照射之前創(chuàng)建圖像。計(jì)算機(jī)程序?qū)D像與用于治療計(jì)劃的圖像匹配，以精確地調(diào)整患者。
7. 旋轉(zhuǎn)架：旋轉(zhuǎn)光束傳輸系統(tǒng)使治療光束能夠以最佳角度朝向患者。
8. 旋轉(zhuǎn)架中的處理室：這是光束離開(kāi)旋轉(zhuǎn)架光束線的地方。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)數(shù)字x射線系統(tǒng)用于在照射之前通過(guò)圖像引導(dǎo)來(lái)優(yōu)化患者位置。
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