中核集团中国原子能科学研究院研制的国内首台基于回旋加速器的BNCT装备已取得重大突破，完成了基于14兆电子伏特强流回旋加速器的中子源联合试验，标志着原子能院突破了BNCT装置从加速器、中子靶到慢化体的全部关键技术，具备了开展BNCT商品机设计和建造的能力，为下一步临床示范中心建设和BNCT产业化发展奠定了坚实基础。
中核集团中国原子能科学研究院 ▲
上映于2010年的贺岁片《非诚勿扰2》中，有一个不得不面对自己生命即将戛然而止的角色李香山，杀死他的病症是一种名为黑色素瘤的皮肤癌。
黑色素瘤在这部13年前的电影中被定义成“不治之症”，而在今日，这一长期无药可医的“癌中之王”被治愈却成了现实。
2014年，湖南长沙的一位53岁吴姓职业出租车司机左脚忽感不适，在医院被确诊为浅表扩散型恶性黑色素瘤。医院给出的治疗方案是将病发的左腿自膝盖以下截肢，并配合全身治疗。失去半条腿对一个人乃至一个家庭都可谓沉重打击，但就彼时全社会的总体医疗技术而言，该治疗方案也是最优解。2014年9月，吴师傅在北京接受了原子能院微型反应堆的硼中子俘获治疗（简称“BNCT”）。治疗全程仅耗时24分钟，便将其所患的“癌症之王”根治，避免了截肢的悲剧。4年后再回访时，吴师傅早已恢复了健康，工作、生活都一如常人。
在接受《企业观察报》采访时，原子能院党委书记薛小刚说：“核科学技术研究的两大科学平台是反应堆和加速器，我国第一座重水反应堆和第一台回旋加速器于1958年在原子能院建成，成为我国跨入原子能时代的重要标志。建院70多年来，原子能院在堆器研究方面持续深耕不辍，形成了多堆多器的型谱化发展路径。本次BNCT设备的成功研发正得益于我院在加速器领域雄厚的技术基础，也是中核集团大力发展非动力核技术应用取得的一大技术突破。”
BNCT这一癌症治疗装备是如何诞生于原子能院，未来又将如何普惠病患呢？
01
人体内的“核爆炸”
BNCT装备采取的医疗技术名为硼中子俘获治疗，是目前国际最前沿的抗癌治疗技术，对大范围弥散性恶性肿瘤（如原发性脑肿瘤、复发性头颈部肿瘤及扩散性肝脏肿瘤）具有独到的治疗优势。
此前对恶性肿瘤的治疗，基本是两种办法：一是放疗；一是粒子线治疗。放疗较为大众熟知，但其“杀敌一千自损八百”的副作用也着实让人谈癌色变；粒子线治疗的副作用很小，但其成本动辄十几万，又令人望而却步。
BNCT全套设备 ▲
BNCT技术则兼具了体外放射治疗与粒子线治疗的优势，副作用小且成本较低。
BNCT技术其实也并不复杂，主要是利用非放射性硼同位素（boron-10）作为癌细胞定位药物和中子俘获剂，再对患癌部位进行中子束照射——当中子与癌细胞内硼同位素发生俘获反应时，会产生放射性粒子，随即放射性粒子就在癌细胞内爆破，精确摧毁癌细胞，全程几乎不误伤人体正常组织。
具体治疗过程中，患者只需注射一定量含硼药物——借助癌细胞疯长的特质，硼会快速聚拢至癌细胞周围形成包裹。随后由医务工作者将病患推至BNCT设备前接受中子线照射。
在把原理发展为成熟技术的过程中，原子能院的BNCT研发团队做了一系列工作。
薛小刚说：“若论产生中子的效果，核反应堆其实强于回旋加速器，但考虑到老百姓的接受度和建堆选址的灵活性等方面，我院最终还是决定将攻关方向锁定在回旋加速器上。”
首先要解决的问题是制造中子源，完成这一步须用到回旋加速器。在回旋加速器中，通过放电的方式电离氢气，形成带电荷的负氢离子，再利用电磁场使负氢离子加速运动同时不断旋转增能。当速度提升到14MeV/1mA以上时，通过剥离引出的方式，负氢离子变为质子，一枚枚质子集合成的束流就会被引出，然后经束流线射击铍中子靶，从而击出稳定的超热中子——这就是BNCT设备的终极目的。完成中子束的生成后，以其直射患癌部分，中子透过皮肤与硼药团会合并发生剧烈反应，完成消灭癌细胞的任务。
研发过程中，BNCT研发团队突破了小型回旋加速器mA量级引出技术、超热中子靶站技术两项关键核心技术。其中，mA量级小型回旋加速器技术涉及加速器物理、束流动力学等物理基础理论，离子源、中心区、引出等工程技术问题还牵涉了特殊材料、真空绝缘等外领域技术，难度可想而知。
2021年中子靶前出束见光 ▲
BNCT研发团队协同作战，综合原子能院各研究所的技术优势，通过理论和实验相配合的手段，逐个突破各项技术难关。
BNCT研发团队只花了一年的时间，就将束流流强从300uA、500uA升至1mA，实现了mA量级引出的技术指标。
而超热中子靶站技术则是相对全新的。原子能院早在2012年便在原有的回旋加速器上进行了首次质子束打铍靶的试验。与此同时，原子能院还充分发挥自身在反应堆技术方面的优势，在中子慢化、反射、屏蔽等方面进行了大量的理论模型验算验证。通过这次“堆器”合作，促成了质子打靶产生所需的超热中子的成功。
如今，原子能院研制出的BNCT设备，具有流强高、设备成本低、占地面积小、集成度高、运行维护简单、一机多用等优点，不仅可用于癌症治疗，还可用于放射性同位素药物的生产，是未来小型加速器中子源的理想选择。
另据了解，BNCT设备这一具备国际先进水平的医疗装置目前已达到全核心部件国产化的目标，整体技术悉数掌握于自己手中，进一步打破了我国卡脖子的放射性同位素药物制备和高端医疗装备受制于人的局面。
02
快速推动BNCT设备落地
一只散布着黑斑的左脚横放在中子靶的束流照射孔前准备接受照射治疗。
但是，一处细节却与那严谨精密的治疗环境违和——病人的脚踝上用粗布条绑着一把寻常的塑料直尺，直尺的前端顶在中子靶束流孔旁边的铁皮罩上。
当BNCT癌症治疗装置项目负责人管锋平研究员在电脑屏幕上展示出这幅照片时，《企业观察报》一行不免疑惑。
“不得不承认，当年BNCT的相关配套设备目前还比较粗糙。”管锋平介绍道，“以图片中的这把尺子为例，它的作用就是将患者的脚固定在中子束流的照射范围内。诚然，BNCT原理之所以是目前最完美的癌症治疗原理之一，就在于它可以辐及一个相对宽泛的范围以更多地杀死癌细胞。但我还是希望它的全套设备能够在未来进一步精准，完全淘汰掉绑尺子这类土办法。”
BNCT关键主体部件-14MeV强流回旋加速器 ▲
管锋平说，现阶段升级BNCT设备的一大方向就是提高中子的产额。BNCT设备中子产额越高，含硼药物在肿瘤里的聚集度越高，就能更有效缩短患者的治疗时间，从而减轻病患的痛苦。
除了提高设备效率，降低患者的不适感，在安置BNCT设备的治疗室设计中，工作人员也会尽可能地丰富内饰色彩，同时安排播放舒缓的音乐，条件允许的医院还会安装大屏幕来投放诸如大海、草原、星空一类松弛精神的视频内容。
在现阶段，原子能院已完成了首套BNCT设备的研制工作，接下来就是推进成熟商用机的落地。预计最快将在三年后走完包括技术成果转化、产品易用性和稳定性改进、临床验证、获取医疗资质等一系列步骤，然后再投入一线医院使用。
2022年12月，原子能院已与山东省泰安市中心医院正式签署了BNCT设备的治疗中心建设项目合作协议。这一协议的签署，标志着中核集团首套自主研发、拥有完全自主知识产权的BNCT癌症治疗装备进入了市场示范应用阶段。根据协议内容，原子能院将向泰安市中心医院提供一套BNCT设备，并由双方共同推进国产化的首套回旋加速器BNCT示范工程落地。项目已确定落户于山东省泰安市中心医院高新院区，BNCT治疗中心预计会在2024年6月完成厂房建设，至2026年6月具备运营条件。
如上文所述，BNCT设备的广泛应用不只要依靠设备自身，与之配套的硼药也是必需品。
目前，能作为癌症引导剂的硼药种类还相对有限，增加BNCT设备治疗的癌症类型也还有赖于硼药的更新迭代、升级拓展。随着药物的不断发展，BNCT设备还能拓展到治疗其他肿瘤类型，未来将成为癌症重要的治疗手段之一。
来源：2023.2.22企观国资微信
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