醫(yī)械創(chuàng)新資訊
德國制造以過硬的產(chǎn)品質量被大家認可，在醫(yī)療器械領域也是世界領先。2012年德國制造了一臺全球最大、最先進、最復雜也是最昂貴的醫(yī)療器械：海德堡360°重離子治療一體機。
▲海德堡360°重離子治療一體機
01
海德堡360°重離子治療一體機是由德國西門子公司建造，重達670噸。放置在海德堡重離子放射治療中心（Heidelberg Heavy Ion Therapy Center，簡稱為HIT），它是歐洲唯一一家能同時提供質子和重離子治療的大型醫(yī)療機構，因劃時代的化療創(chuàng)新技術和針對腫瘤的獨特治療系統(tǒng)而聞名于全世界。
▲海德堡重離子放射治療中心
2004年海德堡大學附屬醫(yī)院和德國州政府共同投資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，接近一個足球場的大小，共有2座建筑，一個供各種人員辦公用。一個是帶屏蔽的建筑，安裝有加速器和三個治療室，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、護士物理師、工程師、技術員和助理等共70多人。每周一到周六工作6天，加速器24小時連續(xù)運行，治療每天早晚兩班。
▲HIT總體方案圖
海德堡360°重離子治療一體機是由一臺同步加速器，一臺離子源、RFQ和直線加速器串接形成的預直線加速器作為注入器組成。
加速器引出的粒子束通過輸運線，分別送到三個治療室和一個實驗區(qū)，兩個水平治療室，每室有一個固定治療頭，一個旋轉治療室有一個旋轉治療頭。
▲360°重離子治療一體機加速器
加速器可加速四種治療用粒子、質子、鈹、碳和氧離子，碳重離子的能量是50~430 MeV/n，相當在水中等效20~300 mm。
加速器的束流引出時間是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，粒子強度是從1×106~4×1010離子/每次引出。治療腫瘤的對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，這個世界首臺360°質子刀和重離子刀治療一體機開始全面運行工作，首先為三位患者提供放射治療。2013年開始，在滿負荷運轉的情況下，預計每年能為750例患者提供治療。
02
HIT中心一共有三層，兩層在地下。還有一個是帶屏蔽的建筑，安裝有加速器和三個治療室。
360°重離子治療一體機是一個巨大的鋼結構。它長25米，直徑13米，重670噸，其中600噸裝置可以毫米級精度旋轉。
360°重離子治療一體機的粒子束技術和建筑設施是由達姆施塔特重型研究中心完成。旋轉結構由MT Aerospace建造，MT Aerospace是衛(wèi)星和望遠鏡建設的全球領導者。治療患者的技術是在西門子醫(yī)療與HIT-Betriebs GmbH專家合作的背景下開發(fā)的。
海德堡大學醫(yī)院HIT-Betriebs GmbH的物理學家，技術人員和軟件專家團隊負責360°重離子治療一體機的運營和技術改進。
360°重離子治療一體機非常精確，以高達75％的光速到達患者，可以穿透到組織中30厘米并且偏離目標不超過1毫米。
▲360°重離子治療一體機治療腫瘤
360°重離子治療一體可從任何角度用重離子（碳，氦，氧）和質子（氫）照射腫瘤。此外，基于機器人的治療臺可以通過六種方式進行調(diào)整。
▲360°重離子治療一體機治療患者
光柵掃描被集成到360°重離子治療一體機中，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)附近的復雜位置，可以通過選擇最佳射束入射角來減小這些器官的損傷。
03
海德堡360°重離子治療一體機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。使用氫氣獲得質子，使用二氧化碳獲得碳離子。
2.兩級直線加速器：離子在高頻結構中加速到高達10％的光速。
3. 同步加速器：六個60°磁鐵將離子束彎曲成圓形路徑。在大約一百萬個軌道中，離子被加速到高達75％的光速。
4.朝向治療室的方向：磁鐵引導并將光束聚焦在真空管中。
5.治療室：光束通過窗口進入治療室?；颊弑环胖迷谥委熍_上，該治療臺由計算機控制的機器人精確調(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。計算機程序將圖像與用于治療計劃的圖像匹配，以精確地調(diào)整患者。
7. 旋轉架：旋轉光束傳輸系統(tǒng)使治療光束能夠以最佳角度朝向患者。
8. 旋轉架中的處理室：這是光束離開旋轉架光束線的地方。兩個旋轉數(shù)字x射線系統(tǒng)用于在照射之前通過圖像引導來優(yōu)化患者位置。
