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世界首台BNCT专用核装置医院中子照射器

来源:人民日报海外版  作者:  2019-11-29 07:51:17

癌症是严重危害人类健康的“杀手”,癌症防治是世界性难题。中国科技工作者一直与世界各国同行一道致力于癌症诊疗科技创新和装备创新,为增进人类健康福祉而努力奋斗。国家癌症中心主任、中国科学院院士赫捷认为,中国在癌症诊疗的科研领域已经取得系列重大突破,为人类健康事业作出了突出贡献。其中,由中国工程院周永茂院士和王忠诚院士主持设计建造的世界首台专用于BNCT(硼中子俘获疗法)治疗癌症的核装置——“医院中子照射器”就是杰出代表。

近日,本报前沿科创采访调研组一行驱车前往位于北京西南燕山脚下的北京凯佰特科技股份有限公司,探访“医院中子照射器”,实地了解这个大国重器的建造过程和在临床实验中的优异性能。

寻常院落 十年铸剑

“医院中子照射器”所在的凯佰特公司就位于此前我们采访调研组一行到访过的中国原子能科学研究院的隔壁。有了上次的经验,这次探访轻车熟路。

11月25日一早,我们驱车沿着京港澳高速一路向西南直指燕山脚下。约10时,抵达中国原子能科学研究院门前。根据导航系统的提示,我们右转穿过一道小栅栏门,进入一座蒿草丛生的低矮平房院落。正迟疑间,只见一位身着灰蓝色羽绒背心、扎着马尾的女士从院落的一侧向我们走来,她便是负责接待我们探访的张紫竹副研究员。在她的指引下,我们的车穿过小院,进入两侧长着繁密枯草的小路,前行150米,到达了一座简朴、整洁的小院,正中央是一座两层高的白色小楼。

曲径通幽、庭院深深,如果不是现场探访,我们很难相信这座世界一流水平的抗癌装置藏身于北京西南郊的这样一个偏僻之地。

此行两周前,我们采访调研组一行曾专访了主持设计该装置的核反应堆工程专家周永茂院士。他介绍说,硼中子俘获疗法是肿瘤放疗的世界前沿技术,具有成本低、疗效强、复发少、对人体损伤小、治疗周期短等优点。其治疗原理为:向患者体内注射含硼药物,此类药物选择性地浓聚于癌细胞当中,经高能中子束照射产生反应,释放出短射程高能射线,从内部精准破坏癌细胞。

目前,日本、美国、挪威、中国台湾等其他开展BNCT技术研究的国家和地区都要依靠运行功率几百到几万千瓦的大中型研究堆产生治疗所需的中子束,医患必须“逐堆而行”;而中国的“医院中子照射器”则是世界首个应用30千瓦低功率、低铀浓度的微型核反应堆为硼中子俘获疗法专供中子源的装置,其诞生意味着直接在医院内实施硼中子俘获疗法治疗癌症成为可能。

2006年,“医院中子照射器”技术获国家专利授权。2008年7月16日,国家核安全局批准了项目建造申请并颁发建造许可证。同年12月,反应堆厂房建造完成,2010年1月22日装置达到满功率运行。2014年7月15日,国家核安全局为医院中子照射器颁发民用核设施运行许可证,此后,临床研究团队在这里先后成功试治了3例恶性黑色素瘤患者。

安全高效 灭癌无形

通过周永茂的介绍和描述,我们努力去想象“医院中子照射器”的样子,迫切地想一睹这座“大国重器”的风采。终于找到了机会,我们满怀期待之情。

跟随张紫竹,我们踏入楼内一层大厅,一块正对着入口的展板映入眼帘,记录着10多位中国两院院士对“医院中子照射器”在核燃料、新型材料、软件等领域所作的支持与贡献。值得一提的是,早在2001年,时任中国工程院院长的宋健院士就表示,支持该项目。

左手边是整栋建筑的模型,明媚阳光透过玻璃窗洒在上面。我们了解到这栋楼地上地下共三层:地下一层安放反应堆堆芯与配套水池,产生出中子束被引入同一层的治疗室和实验室;地上一层有办公区、患者模拟定位间和净水装置等;地上二层主要是装置控制室、会议室。我们大致沿患者接受诊疗的路线,走过装饰着植物图案墙贴的走廊,正式开始内部探访。

接受治疗数天前,患者首先要在地上一层的模拟定位间利用激光装置和照射口模型进行提前定位,确定自己接受治疗时的身体位置和束流照射直径,实现“个性化定制”。定位完成后,就可择日接受正式治疗。

治疗当天,患者要先注射硼携带剂,之后到地下一层的治疗室进行照射。两条从堆芯相对两侧引出的治疗中子束流分别进入两间治疗室,一条为热中子束流,另一条为能量更高、适宜治疗更深部肿瘤的超热中子束流。还有一条直径较小的实验中子束流进入治疗室之间的实验室,可用于测量血硼浓度。每间治疗室面积约20平方米,米白色墙壁上贴着红色祥云纹样,主要设施为由高科技复合材料围起的圆洞状中子束照射口、一张常见的诊疗床和阻隔中子的安全装置,环境简洁温馨。

治疗室外设有监控电脑和联通室内的对讲设备,可供医护人员在短则十几分钟、长则约一小时的治疗时间里随时掌握患者情况并与之交流。两间治疗室都由一米厚的重混凝土墙壁包裹,隔绝中子束对非病患人员的辐射。

张紫竹对医院中子照射器临床试治的第一位患者老吴印象很深。他是一名校车司机,经检测左足患有浅表扩散型恶性黑色素瘤,根据常规方案需要截肢。2014年9月,老吴开始接受医院中子照射器治疗,他接受治疗后的第一反应是:“照完了吗?怎么不疼不痒没感觉。”接受第二次BNCT治疗后,他足部的黑色斑块面积明显缩小,医治效果良好。半年之后,老吴重回工作岗位并一直工作至今。

小小堆芯 癌症克星

参观完治疗室,拾级而上,来到二层控制区。这里的陈设看上去也十分简单,两台电脑、一块大屏、若干仪表、一台电话机。张紫竹解释道,大功率反应堆运行起来可能需要一整个班组进行控制,而医院中子照射器的反应堆功率低得多,只需要一名操作员经短期专业培训,使用专用电脑软件控制开闭即可,短短几分钟反应堆就能达到额定功率。

反应堆水池口与控制室隔窗而望。亲临现场,才发现医院中子照射器的核心设备比我们想象中的还要“袖珍”,在我们脚边,池口形成一个4米长、2.3米宽的长方形,顶部由透明防尘盖遮罩,池内水体清澈透明。这些水约有40吨,是由普通水经过净化形成的去除离子的轻水,它不与核材料直接接触,但可以起到减慢中子运动和冷却的作用。

我们倚着齐腰高的栏杆,俯身仔细打量水池。只见正中央直立着一个圆柱形金属容器,没在水中。张紫竹介绍说,这是堆容器,微型反应堆的堆芯就装在其最下方,位于地下一层,无法通过水池观察到。先前在讲解模型时,她告诉我们,堆芯中有300多根直径半厘米、长26厘米、外观如筷子一样的二氧化铀燃料棒,一次装填可以运行30年,燃料更换也十分便捷。堆芯外部裹着铍制成的反射层,防止中子泄漏。这样完全密封的小功率、低铀浓度反应堆,从设计上决定了其自有安全性极高,保证不会发生事故。

为进一步了解该设施的安全程度,笔者向张紫竹试探性地问道:“现在,我如果打开防尘盖,舀起这池中水,可以直接饮用吗?”她微微一笑说,当年山东一个微型核堆退役时,同样用途的轻水,经对比检测发现,比趵突泉的水还干净。

提高完善 服务全球

设施探访完毕,我们在会议室采访了凯佰特公司总经理刘彤。我们了解到,“医院中子照射器”的研发、建造和临床实验的资金大部分依托于他运营管理的这家公司。

“这些年来,在与周永茂等科学家的合作中,我们感动、感佩于他们为人类抗癌事业而努力拼搏的精神,激发了我们克服困难,努力向前的决心和意志,”刘彤说:“作为致力于中国核医疗事业发展的民营企业,我们将继续坚持一切服务于患者的初心,与科学家一起继续奋斗。”对核医疗事业发展的未来,刘彤充满信心。他说,“医院中子照射器”的研发将有力带动上下游产业,专用材料、医护培训、康复设施……一幅围绕BNCT癌症治疗的产业发展美好前景已经铺展开来。

对刘彤的判断,启迪新核能源科技有限公司总裁徐刚深表认同,他接受本报采访时介绍了该公司正在推进的全球核医学中心项目。该项目已签约落地于山东烟台高新区,旨在以BNCT技术为该中心打造集研发、治疗、康复为一体的“核医疗小镇”。其中计划建设国际会议会展区、国际康复区、教育培训区、研发中心等,利用中国掌握的先进核医疗技术吸引全球医疗行业人士前来共同进行研究,集全球智慧抗击包括癌症在内的多种重大疾病。

历经多年研发和实验,周永茂认为“医院中子照射器”这把利剑已经铸就并表现出优异的性能。他介绍说,自己近期在致力于进一步提升超热中子束的功率,进一步完善“医院中子照射器”并为大规模应用推广做好充分准备。“万事俱备,只欠东风。期待国家有关职能部门尽快出台支持BNCT装备和技术大规模应用和推广的政策,我们完全有能力在此领域走在世界最前沿。此外,我还有一个梦想:有一天,中国核医疗船装载着本国研制的中子照射器等癌症治疗设备,开行全球,服务各国,为守护人类生命健康、构建人类命运共同体做出更大贡献。”周永茂说。

编辑:szy2019