江苏超敏科技有限公司

方案背景

质子和重离子治疗技术是放疗中的一种，是国际公认的放疗尖端技术。质子和重离子同属于粒子线，在到达肿瘤病灶前，射线能量释放不多，但是到达病灶后，射线会瞬间释放大量能量，就好比是对肿瘤“定向爆破”，相对于传统放疗来说，疗效好，而且对正常组织的损害小。

上海质子重离子医院，暨复旦大学附属肿瘤医院质子重离子中心，是一所集医疗、科研、教学于一身，以国际尖端肿瘤放射治疗技术--质子重离子放射治疗技术为主要治疗手段的现代化、国际化肿瘤中心，也是国内首家同事拥有质子和重离子放射治疗技术的医疗机构。医院通过国际医疗机构评审联合委员会认证，成为全球范围内第一家通过JCI认证的质子重离子中心。

质子/重离子治癌的优势在于精准的杀死肿瘤细胞而最大限度的保护健康组织。然而，其潜在的风险是由于治疗计划或者加速器工作状态的影响，造成照射剂量的偏差。依此，江苏超敏科技有限公司同上海质子重离子医院合作，建立了质子重离子用六自由度旋转治疗平台、闪烁体探测器、多层阵列探测器及剂量验证系统。该平台、设备以及成像式剂量验证仪的应用，大大提高了质子/重离子治疗的精确度，并从术前、术中两个阶段，对质子/重离子治癌的剂量进行实时、在线剂量的测量验证，保证放疗的质量，防范治疗的风险。

质子重离子用六自由度旋转治疗平台

传统的固定式束流治疗方式，由于放射终端及治疗床都是固定的，使得照射范围受限，很多情况下无法做到有效治疗，而旋转式束流终端又造价昂贵。我公司研发的六自由度旋转治疗平台，转变传统观念中治疗终端旋转观念，通过旋转治疗椅的方式，是患者得到精确、有效的治疗。质子重离子用六自由度旋转治疗平台，分为二个部分：（1）治疗椅：包含座椅和实现六维运动的运动机构（不包含控制部分）；（2）治疗椅系统：包括座椅，实现六维运动的运动机构和控制系统。能够提供在有限范围内（大于±50mm）的，移动误差小于0.5mm，旋转误差小于0.5°的的运动能力，使质子/重离子治癌可以做到相比于传统的验证方法而言更为精准的照射靶区，极大减少邻近肿瘤区域的健康组织所受剂量，保护患者的生命健康。

闪烁体探测器

该设备由闪烁体探测器主机和闪烁体探测器载体，由闪烁屏、光密封黑箱、反射镜、数码相机组成。可测量主动笔型扫描质子和碳离子束流横断面的二维相对剂量分布；束流横断面投影的位置、尺寸、斑点形状以及平坦度/对称性等；配以特别设计的附件，设备还可用于已知束流射程的稳定性检查；是对主动扫描式离子束分配系统有效地进行验收测试/委托，以及例行质量保证程序的必要设备。为防止粒子辐射直接对相机的图像传感器造成严重的损坏，使用反射镜反射闪烁屏发射的光线，以便相机可安装到远离粒子束流的位置。该位置只有初级粒子产生的次级中子或γ/X射线可以到达。使用的塑料和铅组合屏蔽次级辐射，以进一步减弱辐射损坏，并延长图像传感器的使用寿命。

多层阵列探测器

多层阵列探测器有三个方面的功能：

给电离室提供高压；

采集电离室输出的电流信号并转换为数据；

收集采样数据后上传到计算机进行分析并存储。

产品分为硬件部分和软件部分： 硬件部分包括供电电源，信号输入端子，信号输入方面需要256路信号输入端子，产品采用8台探测器信号采集器（BNC接口），并使用USB接口传输数据。1路门控信号输入端子，输入信号为电流脉冲信号，系统可安全的接受0—1mA的电流信号。数据采集及控制软件，提供所有的指令及数据格式说明及软件接口，软件可以通过USB进行数据传输，并将数据接收存储到计算机上，很方便的实现电子学控制和数据采集。可根据用户的需求提供系统数据分析功能。

剂量验证系统

本项目研究开发用于质子/重离子治癌的成像式剂量验证仪产品，包含用于术前实时剂量验证的成像式二维光学剂量仪及用于术中在线剂量验证的瞬发高能光子及正电子双模Compton相机。以高精度的结构设计及形变校正、最优化的辐射防护、仪器的远程控制及数据采集及智能图像分析为关键技术特点。使用实时光学成像的方法验证质子重离子束横截面的剂量二维分布。该方法具备仪器远程控制，图像实时获取、数据实时分析的特点，能有效保护工作人员，减少实验时间，节约治疗机时，提高设备利用率。使用层叠式Compton相机进行高能γ光子和正电子湮没光子的双模探测。这种探测技术可以同时探测两类不同的物理事件，获取更为精准的剂量信息。该系统的使用显著降低了剂量验证成本。

方案效益

该解决方案的实施，将有力促进质子重离子放射治疗领域的精准医疗技术快速发展。同时，随着本项目的进行，也将对新型辐射探测技术、高速数据采集技术、新材料新工艺方面产生明显的促进作用。通过项目产业化，将有效提升质子重离子治癌领域、质子重离子治癌关键附属设备领域的自主创新能力，增强质子重离子治癌的核心竞争力。