位于上海嘉定的上海交通大学医学院附属上海瑞金医院质子中心，自2023年11月正式运营之后，从周一到周五的工作时间段几乎没有空档，有些治疗甚至要持续到晚上。截至2024年11月22日，该中心已经收治患者396例，其中完成质子放疗357例。
“我们原来计划第一年收治的患者不超过250人。”瑞金医院放射治疗科主任陈佳艺直言不讳地表示，作为首台国产质子治疗装置，在没有国外专家参与的情况下，曾被人质疑“能不能做出来”，因此在运行之初抱着“对标国外设备，探索使用方案”的心态。
然而，在经历了10多年产学研医用多方协同攻关，汇聚了中国科学院上海应用物理研究所、中国科学院上海高等研究院、瑞金医院、上海艾普强粒子设备有限公司等共同智慧的超级医疗装置，早早地展现出比肩国外先进的水准，并大大加快了服务人民健康的步伐。
从设想到诞生，国产质子治疗系统是如何走通产学研之路的?
从头开始，明晰产业化路径
在肿瘤放疗治疗领域，质子治疗目前依然是最为先进的领域之一。相比传统的电子直线加速器，质子治疗在穿越人体过程中对周围正常组织的损伤极小，具有较高的局部控制率和良好的适形性，尤其适用于难治性肿瘤和常规疗法无效的肿瘤治疗。
而一整套质子治疗装置的研发、制造，涉及加速器物理学、精密机械制造技术、生物物理、医学、放射治疗学和肿瘤学等多个学科，是一个高度集成的高科技系统。这导致质子治疗系统长期为少数国外厂商所垄断，设备售价高昂，运行维护困难，患者诊疗费用居高不下。
为满足临床需求，打破国外产品垄断，实现高端治疗装置的国产化，2011年2月，上海举行专题会议研究“首台国产质子治疗示范装置”的研制与瑞金肿瘤(质子)中心项目的推进工作。会议决定，借鉴“上海光源”项目的成功经验，设立上海市自主创新和高新技术产业发展重大项目，实施自主开发质子治疗系统。
2012年4月，市发改委、市科委、上海联和投资有限公司、上海应物所和艾普强共同签署了合作协议，标志着首台国产质子治疗装置项目正式启动。
“从立项之初，上海市就提出了‘做产品而不是做纪念品’的要求。” 中国工程院院士、上海光源科学中心主任赵振堂对于国产质子治疗装置的定位记忆犹新，“我们是按照未来走向产业化的方向进行顶层设计，一开始就设计明晰了从研发到产品的产业化路径，包括几家单位分别做什么部分、相互之间如何协作配合等。”
除了目标和路径上的高屋建瓴，对于国产质子治疗装置的技术规划也早早瞄准了未来应用。在立项之初，国际上当时的质子治疗装置都是采用散射型，而新的扫描型装置刚刚开始发展。对于项目团队来说，如果做散射型装置，由于技术成熟、更容易模仿，研发难度会相对较低、研发周期更短、投入使用更早;如果选择扫描型装置，则需要挑战高难度。“经过讨论，我们坚持选择扫描型装置，因为这代表着未来的发展方向。”赵振堂说，“果不其然，如今散射型装置的建设基本已经停止，新的质子治疗中心全都投向了扫描型装置。”
只有牢牢把握技术发展趋势，开展前瞻性布局，才能凸显产学研合作的应用和市场优势。
所企共融，挑战安全和精度的高门槛
从科学原理上看，庞大的上海光源与精巧的质子治疗装置可谓异曲同工。两者都要对粒子进行加速，然后将一束束粒子束引入工作端口或医疗端口，照射样本或是肿瘤，上海光源同步加速器加速电子，储存环周长432米;质子同步加速器加速质子，储存环周长24.6米。然而，相较于大科学装置，医疗设备却在安全和精确上提出了更高标准。“安全是第一挑战，单个技术看上去没有那么复杂;但集成之后打到病人身上，要实现安全就成为一个巨大的挑战。” 赵振堂说，从加速器控制、束流控制、旋转机架控制等，每一步都要实现准确;同时，要为每一位患者导入个性化治疗方案，并对应地及时调整自动控制系统。
此外，上海光源的电源精度只需要50~100ppm，而国产质子治疗装置地电源精度需要达到1ppm的高标准。这是因为在治疗中，要把质子束流精确打到肿瘤上，尽可能避开正常人体组织。因此，位于医疗端口的束流配送系统，不仅需要控制位置和剂量的精确度，还要根据医生的要求快速调整。
对于这支由科研人员、技术人员和医生组成的项目团队来说，应对这些全新的挑战需要紧密而畅通的合作。“我们把上海应物所、上海高研院、艾普强的人员组合成一个队伍，统一实施研发计划。研究所偏向同步加速器的设计、加工制造、安装、调试等环节。在加工制造、安装、调试、调束等环节，公司人员积极参与其中。到了申请许可阶段，艾普强就站到了前台。”赵振堂说，这种研究所与企业的天然融合，使得科研成果能自然而然从科研院所过渡到企业，加速产学院合作进程。
在国产质子治疗装置的研发中，上海应物所前前后后有超过百名科研人员参与其中，其中，张文志、李瑞、张满洲、陈志凌等几位研发骨干全职从研究所进入艾普强。“艾普强最初有点像所办工厂，所里通过研究人员技术支持和项目合作，把研发工作做起来。”张满洲说，到了产业化之后，大型医疗设备的运行和维护，就需要艾普强来完成。
360°全周旋转束治疗系统
如今，项目团队已攻克了多项关键技术，包括1.74特斯拉超高场二极磁铁的制造和补偿、1ppm低纹波大功率动态电源、高精度宽带免调谐高频加速系统、三阶共振慢引出系统及引出流强控制等。质子笔形束点扫描治疗头、扫描电源、180°旋转机架、质子治疗控制系统、图像引导与呼吸管理系统、六维机器人治疗床等设备，首次实现了国产化……
国产质子治疗装置从研发到应用的漫长过程，基本打通了从工业设计到材料部件制造及系统集成的整条产业链，汇聚了一大批具有创新精神和高水平制造能力的企业参与研发。质子注入器、同步加速器、点扫描治疗系统、治疗床、图像引导等核心部件实现了国内自主设计制造、安装调试，系统高度国产化并形成了完整的产业链，带动了周边设备技术的发展。
医工结合，助力国产创新应用落地
瑞金医院作为应用端，通过提出需求，引领了使用方向;上海应物所、上海高研院作为技术研发主体，围绕需求开展技术攻关——医工结合成为国产质子治疗装置获得成功的关键因素。“医院要拥抱创新，尤其是支持国产创新，要用更加宽容的态度对待正在创新的企业。” 中国工程院院士、瑞金医院院长宁光说，“对于医院来说，买一套已经成熟的产品无疑是一件容易的事情。但我们医院要有自己的责任，不仅仅是应用方，更要与生产方共同成长，更好地服务人民健康。”
国产质子治疗装置自2012年启动，直到2021年才获得国家食品药品监督管理局北京医疗器械质量监督检验中心出具的质子治疗系统检测报告，启动临床试验，并于同年6月3日完成了全部47例受试者的治疗。
2022年9月26日，国家药品监督管理局批准了艾普强生产的“质子治疗系统”创新产品注册申请，这是全国首个通过国家权威机构检测并获得注册证的质子治疗装置。
2023年11月，国家医保局批准了瑞金医院质子治疗装置的收费标准，同一适应症每疗程最高不超过17万元。至此，首台国产质子治疗装置正式进入临床应用。
“通常来说，质子治疗中心从立项到完成建设需要5年，而我们的这台国产装置可谓十年磨一剑。”瑞金医院放射治疗科主任陈佳艺回忆说，“当我们把质子束流引入医疗室之后，发现影像引导、治疗床等都是难题。整整两年，中心在硬件上看上去没有什么变化，大家来参观后，就会疑问怎么没有进展。我们自己知道，这两年一直在进行调试和磨合。”
在陈佳艺看来，医院可以不断向企业研发的伙伴反馈使用状况，保持产品持续迭代升级能力，“这是买一台现成设备难以体会的成就感。”
影像引导是质子治疗装置的“眼睛”，可以精确定位患者肿瘤的位置，偏差不能超过2毫米，甚至需要达到1毫米的精度。国产质子治疗装置的影像引导设备采购自国内的一家企业，也是第一次用于质子治疗装置。最初，该影像引导设备识别能力不足，难以分辨气腔、肋骨、肋软骨等部位，以及各种脏器的混合结构。这大大降低了整台设备的运行能力，需要对患者反复拍摄。
针对医生的意见，项目团队中的物理专家、医学专家、技术人员，与企业方通力合作，针对不同的身体部位更新了大量算法。随着技术迭代，装置对于复杂部位的影像引导能力已经大大提升。“这样的创新工作，只能在我们自己的设备上做。”陈佳艺颇为自豪地说。
