质子治疗系统小型化发展现状系列（三）：缩小加速器体积

此前质子中国对质子治疗系统小型化发展的行业背景和缩小旋转机架体积的技术进展进行了介绍（详情见质子中国往期报道《质子治疗系统小型化发展现状系列（一）：背景概述》、《质子治疗系统小型化发展现状系列（二）：缩小旋转机架体积》），本期内容将围绕小型化加速器展开。

紧凑型质子加速器的研究已经取得了许多进展，如激光加速器的研发；此外还有基于高能物理领域的新技术研发而成的新型加速器，如在线性加速器基础上提出的粒子治疗加速器概念或将同步和回旋加速器的物理原理结合起来研发的环状固定场交变梯度加速器（ring-shaped fixed-field alternating gradient accelerator）等。

经验表明，对于所有诞生于加速器实验室的研发结果，从概念被第一次提出到研制出原型机，再到最终设备投入临床使用，这期间所需要的时间总是被低估。造成这种现象的原因有很多，从出资方的过分乐观估计、意料外的技术问题；到临床应用失败、低估注册审批流程和潜在客户的不信任等等，应有尽有。尽管新技术在不断涌现，但未来几年，同步和回旋加速器仍然是质子治疗领域的主流，并且针对这两种加速器的研究也一直没有停止。

对于同步加速器来说，通过改进磁铁、调整束流特性以及与注入器加速器联合使用已经实现了将加速器直径从8米缩小到5米。当前超导回旋磁体已经研发成功，并能够应用于高能物理回旋加速器，但这类磁铁目前还不能应用于治疗用回旋加速器。尽管使用常导磁体的体积相对更小的加速器已经商业化，但在目前取得的研究成果的基础上进一步缩小加速器体积的愿望并没有被实现。

同样的，回旋加速器的体积也在缩小。缩小回旋加速器的体积通常来说就是需要使用单个场强足够强大的磁铁，而只有超导磁铁能够满足这一需求。目前相对于物理实验室使用的加速器，使用常导线圈的商用质子回旋加速器的体积已经很小了，直径大约在5m左右，并且构造也更简单。未来如果使用超导磁铁的话，质子回旋加速器直径可以缩小到3.5米，重量也可以从目前的200吨下降到100吨。

超导回旋加速器研发的下一步就是将磁场强度提高2-3倍，从而使加速器缩小到50-30吨重。目前有几家公司正在进行这类设备的商业化运作，推出单室质子治疗中心专用设备。例如其中一个产品的同步加速器直接与笔形束扫描（PBS）旋转机架连接在一起，而另外一个产品的回旋加速器则直接安装在旋转机架上。需要指出的是，使用高强度磁场磁铁的回旋加速器只能在脉冲模式下运行（即所谓的“同步回旋”），这一方面可能会限制新的剂量传输技术的应用，如连续线性扫描；另一方面也可能限制缩短治疗时间的技术的应用。

毫无疑问，紧凑型质子治疗设备的研发是当前质子行业的重点之一，那么设备体积的缩小是否真的能够像设想的一样降低质子治疗的成本？未来我们如何在疗效和成本效益之间取得平衡？请继续关注质子治疗系统小型化发展现状系列文章。（质子中国 编译报道）