质子治疗系统小型化发展现状系列（一）：背景概述
当前质子治疗技术概况
过去的4-5年，质子治疗领域拥有诸多进展。一方面质子治疗中心数量在不断增加，不同类型的商业质子治疗系统涌入市场，许多新成立的质子中心都是质子放射治疗专科诊所，大多数位于医院内或位于医院附近。另一方面，由于成本高，加之部分人对其临床疗效存在质疑，质子放射治疗技术的使用争议越来越大。在美国，相关争论尤其激烈。尽管新中心不断涌现，但这些争论仍然让一些投资商在对新质子中心项目投资时非常谨慎。
同时，在这些发展的推动下，质子相关医疗技术也在不断进展。比如，许多大的医疗社区都在修改他们的转诊流程，只有能够确定会因质子治疗获益的患者才被转诊。此外，在过去的几年由于新中心数量急剧上升，因此业内期待已久的有价值的临床研究也得以实施。不仅如此，针对质子治疗设备小型化也有许多有趣的进展。通常认为，设备体积越小，那么质子中心的占地面积就越小，成本也会降低。有两个因素驱动着小型化质子治疗设备的发展，一个是人们需要更小更便宜的设备，另一个是单室质子治疗系统能够让质子治疗的应用更广泛。这两个因素互相影响，近期的一些技术进展让那些希望拥有单室质子治疗系统的医疗中心对紧凑型质子治疗系统非常关注。技术发展的目标是最终实现让质子治疗设备的体积与当前光子治疗系统的体积相当。
正如之前所说，距离许多相关新技术投入到临床使用还需要几年的时间，我们并不确定是否真的能实现上述目标，也不清楚新技术是否会影响临床疗效。这些技术发展的应用还取决于地方或国家的医疗政策、经济形势、患者转诊系统以及期待获得怎样的疗效。
在努力缩小设备体积的同时，许多技术的发展也致力于降低成本。“传统的科研”主要专注于加速器的改进，如更加稳定、更加快速的能量调制，以及优化服务和维修保养。除此之外还包括束流传递系统和医学物理方面的研究，如在线照射野验证、3-D剂量分布、与新的成像技术的兼容、患者/器官运动管理、提高患者摆位及相关验证流程的效率等。所有这些“传统科研”的目的都是优化设备操作和治疗过程中的各种亚步骤。
许多技术进展的目标是减小质子治疗设备的体积，让质子治疗更普及。目前，传统质子治疗设备主要包括加速器（回旋加速器或同步加速器）、束流选择系统（仅用于回旋加速器）、束流传输系统和2-5个旋转机架治疗室和/或1-2个固定束治疗室（通常为水平束）。有些质子中心将固定束治疗室作为眼科肿瘤专用治疗室，根据质子中心治疗室数和占地面积的不同，这类质子中心通常占地1000-2000m2。
为了满足放射防护需求，整个质子治疗设备周围设有水泥屏障。根据各地方规章制度的不同，水泥墙通常几米厚；除此之外，质子中心还需要容纳放疗相关辅助设备，如影像学设备，患者固定设施以及治疗计划制定系统等。诚然，辅助设施取决于质子中心是独立的还是依附于现有放射治疗中心的。但无论如何，质子治疗中心的前期投资都非常巨大。
在过去的几年里，越来越多的投资方对于减少质子治疗室的数量这一理念感兴趣，让单室质子治疗中心成为许多投资方的选择。部分设备商目前可以提供占地300-500m2的质子治疗设备，这类单室质子治疗中心可以容纳一台回旋或同步加速器，一个旋转机架治疗室，通常配以笔形束扫描技术。有的单室质子治疗中心占地300-400m2，包括一个安装在旋转机架上的回旋加速器，但通常这类质子治疗设备配置的是被动散射技术。业内希望质子治疗设备体积的缩小能够同时降低相关成本，但恰恰相反，随着设备体积的缩小，主导质子中心占地面积的就变成了防护墙。事实上，不同地区的辐射防护要求限制着质子中心的最小占地面积，因此目前还不清楚质子治疗中心的占地面积能否缩小到与光子放疗中心相同。
当前正在筹建的质子中心应该意识到决定成立哪种类型的质子中心是非常关键的。他们需要对多室质子治疗中心和单室质子治疗中心的造价差异进行充分的调研。因为许多设备商都表示，随着技术的发展，质子治疗设备的价格会很快有所下降，因此在选择设备时就很难做出决定，因为这些“未来技术发展”是未知的。
由于单室质子治疗中心的投资成本远低于多室质子治疗中心，因此在营利性医疗机构投资领域，单室质子治疗中心越来越受关注。因为单室质子治疗中心能够治疗的患者数有限，质子中心建成后无法满足盈利所需的最小患者量的风险也随之降低。从这个角度考虑，世界各地对于不同种类型的质子中心的关注度也不同。在许多欧洲国家，政策倾向于高科技医疗技术，且“难治性病例”多集中在大型医疗中心，因此一个国家拥有一家或多家多室质子治疗中心就够了，这样可以通过将专家和设备集中在一起来降低成本。
由于小型化质子治疗设备越来越受到市场的青睐，各大设备厂商对于缩小设备体积方面投入的科研力量也越来越大。主要的研究方向包括缩小旋转机架体积和缩小加速器体积，了解这两方面研发的进展和目前取得的成就，请继续关注质子中国后续报道。
参考文献：Miniaturizing Proton Therapy: A Technical Challenge With Unclear Clinical Impact，Jacobus Maarten Schippers, PhD，Paul Scherrer Institut,Villigen, Switzerland.