开展碳离子治疗需要考虑这些因素
与质子治疗应用氢离子不同，重离子治疗应用的是碳离子及氦离子等质量更大的离子，这些离子具有更高的动能，对肿瘤细胞的损伤也更大。重离子治疗的能量沉积更加紧凑，能够缩小照射边界，减少对正常细胞的损伤；所需的分次数较少(通常为10~12分次)，可缩短患者的治疗周期。
碳离子治疗最初于20世纪70年代在美国开展。目前，全球有超过70家已运营的离子治疗中心，包括12家碳离子治疗中心，另有5家碳离子治疗中心正在建设中。美国的多家治疗机构也正在考虑引入碳离子治疗设备。详情请见质子中国往期报道《最新全球已运营质子重离子治疗中心汇总》。
碳离子治疗在肿瘤治疗中具有独特优势，中心的选址及设施规划等问题也不同于其他类型中心。日前，拥有多年离子治疗中心规划设计经验的Stantec集团总结了治疗机构在准备开展碳离子治疗前需要考虑的因素，包括设备特征，治疗设备对规划、建筑构架及设计的影响，工程设计以及成本和建设周期。
设备特征
在设计碳离子治疗中心前，首先需要了解治疗设备的组成、操作及其对项目规划设计的影响。
很多碳离子治疗中心是由科研加速器设备发展而来，目前也有商用的碳离子治疗设备，另外有些厂商正在研发整合式治疗系统，这种系统既可以实施质子治疗也可以实施碳离子治疗。
科研及商用碳离子治疗系统应用的是同步加速器(碳离子回旋加速器正在研发中)。重离子治疗所需的能量范围为400~450 MeV，远高于质子治疗所需的230~330 MeV；由于离子质量较大，同步加速器的直径可达65~80英尺(约合20~24米)。加速多种离子的加速器还需要不同的注入器(通常为直线加速器)，注入器通常位于加速器环形结构内、毗邻的机房中或位于加速器上游。
目前，大多数碳离子治疗中心只提供水平、垂直或倾斜固定束治疗。值得注意的是，碳离子较大的质量需要更大的偏转半径。德国海德堡离子治疗中心安装了首台定制的旋转机架，重量为600吨。近日，日本研发出了更小更轻的超导低温碳离子旋转机架，但仍大于质子旋转机架。与质子治疗相比，碳离子垂直束所需的楼层高度更高，上层的防护通常需要3~4层楼高。
治疗设备对规划、建筑构架及设计的影响
庞大的碳离子治疗设备对设计及规划的影响是很大的，例如需要更厚的防护水泥墙以及更大的设备空间。尽管基本的临床实践和患者流与质子治疗中心相似，建立碳离子治疗中心时需要规划更大的空间及楼层高度，这也意味着现有的质子治疗中心很难改造成碳离子治疗中心，需要建立独立或相邻的碳离子治疗中心。
与质子治疗中心相比，碳离子治疗中心的主要不同之处在于：
同步加速器室的长度和宽度是质子治疗中心的两倍，高度相似
固定束治疗室的规划与质子治疗相似，水平束流类似于质子治疗，但碳离子垂直固定束需要上游束流，最高可达4层楼高
碳离子旋转机架室比质子治疗更大、更高/更深
碳离子治疗需要更大的供电室，以满足电力及控制系统的需求
除碳离子治疗设备所需的空间更大以外，辐射防护要求也会影响项目的设计及规划时间。碳离子治疗需要遵循同样的中子防护基本原则，混凝土是最经济、最节约空间的防护材料；鉴于缺乏有效数据，可供选择的其他高密度防护材料非常有限。
工程设计
碳离子治疗系统所需的电力几乎是质子治疗的两倍(电力需求可达6MW)。更大的功率需要更多的工艺冷却水，因此碳离子治疗中心对冷却系统的要求也更高；碳离子同步加速器与质子同步加速器相似，同样需要消除/减小谐波问题(harmonic issue)。此外，碳离子治疗系统的加速器、束流、旋转机架磁铁以及电力/控制室均需要更复杂的建设流程和冷却系统，增加了建设难度。
这些因素会影响初始成本和运营成本。从设施规划及管理角度来看，由现有碳离子治疗中心获得的数据非常有限，这会对预测实际运营情况及优化电力服务能力产生影响。
成本及建设周期
治疗系统更大的体积及更高的电力要求使得碳离子治疗中心的成本高于质子治疗中心。在商用碳离子治疗系统研发早期，缺乏关于建造及安装系统总成本的参考数据，使得估算项目的最终成本更加困难。
预测和管理碳离子治疗中心的建设成本较为困难。尽管门诊和非防护区域与质子治疗中心和其他中心相似，但碳离子治疗系统需要更大的防护混凝土高度和体积，无法通过质子治疗中心每平方英尺的建设成本预测碳离子治疗中心的成本，使得关于碳离子治疗中心建设的数据非常有限。
其他影响成本的因素包括：
更大的点负荷(point load)需要更强的地基支持
更大的设备使用负荷(equipment utility load)需要更多的电力供应及冷却系统
更长的建设周期提高了承包商管理成本
面积/重量更大的建筑结构需要更长的建设周期，碳离子治疗中心从开始建设到能够安装设备的时间比质子治疗中心所需的时间(通常为12~16个月)更长。
除建筑因素外，对技术及设备更新的需求也会延长完成建设相关文件及建筑设计的时间。碳离子治疗的实际临床需求同样会延长规划和设计时间，以满足不同患者量及患者类型的治疗需求。此外，审批过程的不确定性会增加设备设计及建筑设计的时间。
由于已运营中心及重离子治疗物理师可提供的数据较少，所需的防护分析时间更长，碳离子治疗防护相关经验有限也会增加审核及获批时间。
作者最后表示，当前的碳离子治疗发展状态就像早期的质子治疗——商用治疗系统相对较新，成本较高，临床地位及工作流仍处于探索阶段。发展碳离子治疗的必要性在于其适用于某些既往无法治疗的肿瘤，并且治疗周期更短。有经验的建设及工程团队能够协助规划碳离子治疗中心的建设流程，预先处理可能遇到的问题，减少建设过程中面临的挑战。（质子中国 编译报道）
Stantec集团成立于1954年，由哈佛大学环境工程系Don Stanley博士于加拿大艾德蒙顿市创立，目前拥有约22,000名员工，分公司分布于全球400余个地区。Stantec集团参与的质子治疗项目包括阿曼PET&质子治疗中心、南佛罗里达质子治疗中心、Emory质子治疗中心、纪念斯隆-凯特琳质子治疗中心、Hampton大学质子治疗中心、Provision质子治疗中心、Robert Wood Johnson大学医院质子中心以及约翰霍普金斯Sibley纪念医院质子中心等。
信息来源：Health Care Business，Stantec官网
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