“我怎么也没想到癌细胞很快就消失了，特别感谢重离⼦治疗技术。”来⾃⽢肃省兰州市的⼀名癌症患者张先⽣告诉记者，去年经专家介绍，他抱着试试看的⼼态参加了重离⼦治疗，经过⼏次治疗后到医院复查，发现癌细胞已经消失。这名患者康复的背后除了与死神抗争的医护⼈员外，还有⼀群来⾃⼤⻄北的科学家。他们在国际最尖端的领域，实现了“零”的突破。
2023年，在第三届全国创新争先奖表彰名单中，就有来⾃中国科学院近代物理研究所（以下简称近代物理所）的医⽤重离⼦加速器研发及产业化团队。历经30年，该团队实现了从⼤科学装置到⼤型⾼端医疗设备的跨越，研发并建成了我国⾸个具有⾃主知识产权的医⽤重离⼦加速器并投⼊临床应⽤，⾛出了⼀条从基础研究到技术研发再到产品示范，最终实现产业化推⼴的全链条⾃主创新之路。从“零”开始，造国产“⼤⻜机”。
1993年，在⽢肃省天⽔市举⾏的⼀次学术会议上，科研⼈员提出开展重离⼦治癌技术基础研究⽅⾯的设想。重离⼦治癌最早由美国⼈提出并实施，并于1975年在劳伦斯伯克利国家实验室⽤氖离⼦治疗了第⼀个病⼈。1994年，⽇本国⽴放射线医学综合研究所基于美国的重离⼦治癌研究，开始将千叶医⽤重离⼦加速器产⽣的碳离⼦⽤于临床。这是世界上第⼀个医疗专⽤的重离⼦加速器设备。
德国也紧随其后开始重离⼦治癌的相关研究，并于1997年开始临床试验研究。
为何各国都如此重视重离⼦治癌的相关研究？因为重离⼦治疗设备被称为“癌症杀⼿”。重离⼦经过加速器加速后会直抵病灶，然后集中释放能量，从⽽达到消灭癌细胞的⽬的。此外，重离⼦辐射导致癌细胞DNA双链断裂的概率更⾼，更能防⽌癌细胞残留和复发，且对正常组织的毒副作⽤⼩，可有效缓解患者放疗的痛苦。因此，重离⼦放疗是⽬前国际上公认的先进放疗⽅法之⼀。
如何从“零”快速追赶国外研究进展并实现国产化，这对近代物理所的科研⼈员来说是极⼤的挑战。“我们那时已经知道重离⼦治癌是很有⽤的，但是在1993年，作为科研单位研发⼤型医疗器械是从来没想过也没做过的事，相当于我们要从‘零’开始造⼀架国产化的‘⼤⻜机’。
”近代物理所原所⻓、医⽤重离⼦加速器产业化项⽬负责⼈肖国⻘告诉记者，再难啃的“硬⻣头”也要啃下去，因为所有科研⼈员为了实现国产“零”的突破，都憋着⼀⼝⽓。
“1995年，重离⼦治癌项⽬被纳⼊了国家基础性研究重⼤项⽬——攀登计划（B）项⽬，从国家层⾯做重离⼦治疗的⼀些基础研究，给我们的研究⼯作带来了极⼤的便利。”近代物理所⽣物医学中⼼医学物理研究室主任李强告诉记者。随即，近代物理所基于兰州重离⼦研究装置（HIRFL）提供的中能重离⼦束，开展了放射物理、放射⽣物学以及重离⼦治疗技术的研究和探索。
从1993年启动重离⼦治疗⽣物医学研究和临床治疗的前期技术研究后，历经13年，他们终于获得突破。2006年，在攻克所有关键技术以及安全性问题后，中国科学院院⼠、近代物理所原所⻓詹⽂⻰决定率领团队申请前期临床试验研究。“我们基于HIRFL提供的中能碳离⼦束治疗了⼀些浅表肿瘤，以观察疗效如何。”李强表示，这对于接下来的研究意义重⼤。
同年，团队利⽤重离⼦治疗技术对4例癌症患者进⾏了国内⾸次前期临床试验研究，使中国成为世界上第四个成功进⾏重离⼦临床治疗的国家。从2006年到2009年，团队和当地医院合作，共做了103例浅表肿瘤患者的前期临床试验研究，发现疗效不错。但重离⼦治癌的最终⽬标是将重离⼦按照既定尺⼨打进身体⾥，治疗深部肿瘤。
2009年基于新建的兰州重离⼦加速器冷却储存环（HIRFL-CSR），利⽤其提供的⾼能碳离⼦，团队决定进⾏深部肿瘤前期临床试验研究。“从2009年⾄2013年，共有110例深部肿瘤患者接受了前期临床试验研究。与此同时，我们已经在做产业化⼯作了，打算做⼀台真正意义上的医⽤重离⼦加速器⼤型医疗器械。”肖国⻘说。
科研装置和临床应⽤的⼤型医疗器械完全是两回事，⽽⾸台设备的建设验证需要在⼀个资⾦、⼈才都充裕的地区开展。为此，团队在北上⼴寻找有意向建设医⽤重离⼦加速器的单位，但最后都因种种原因没能落地。
艰难探索，终破茧成蝶。“⼤型医疗设备需要国家卫⽣健康委给医院配置许可，需要考量医院的资质等，⽽且⼤型医疗设备需要获得国家药监局的医疗器械注册证，才能应⽤于临床治疗。这就要求科研⼈员转变思想，从原来的科研设备研发转为医疗器械的研发与制造。”李强说。
重离⼦治疗设备要求⾮常严格，再加上此前并⽆同等体量的国产医疗器械报批，因此，从样机调试、设备检测到临床试验和审批注册，⼏乎每项⼯作都在探索中艰难前进。与多家医院失之交臂后，作为团队发源地的⽢肃递来了橄榄枝。为了让⾸台国产医⽤重离⼦加速器成功落地，研究团队决定将重⼼移向武威市。
时间回到2012年，⼀座⼤楼孤零零地矗⽴在⼀⽚不⽑之地上，这就是武威重离⼦中⼼的前身。放眼望去，周围除了荒漠再⽆其他，这是近代物理所加速器技术中⼼主任杨建成对这⾥的第⼀印象。“最初⼯作的地⽅很艰苦，⼤家只能睡在泡沫板上。”作为主加速器同步环总负责⼈，杨建成更多关注的是如何将基于兰州重离⼦加速器的⼩型化装置——医⽤重离⼦加速器装置在⽢肃武威肿瘤医院投⼊临床应⽤。
电源是否稳定、如何纠正指标错误……在安装调试阶段，问题层出不穷。以磁场精度为例，磁铁的参数要达到万分之⼆均匀度，⽽当时只能达到万分之三。离⼦在⼀秒内⼤约会跑300万圈，如果精度不合适，每⾛⼀圈都偏离⼀点，300万圈之后离⼦早已不知所终。
在武威医⽤重离⼦加速器项⽬开⼯前，⽇本、德国、美国在医⽤重离⼦加速器⽅⾯已经进⾏了相关知识产权的布局，所以我国⾸先要做的就是突破知识产权的限制，创造属于⾃⼰的国产化治疗装置。在团队成员夜以继⽇的努⼒下，武威医⽤重离⼦加速器于2015年调试完成，这标志着我国第⼀台拥有⾃主知识产权的医⽤重离⼦加速器装置正式落地。
“我们避开了国外设备的技术垄断，设计了⼀套回旋加速器与同步加速器组合的结构，其独特的结构恰好可以缩短整个加速器周⻓，达到56⽶，⽽同⼀级别的欧洲医⽤加速器周⻓是75⽶，⽇本的周⻓是62⽶。”杨建成告诉记者，细节决定成败，⼤型医疗器械建造更是如此。
在武威建成的⾸台医⽤重离⼦加速器装置，95%以上的零部件设备都是国产的，任何⽅⾯都不逊⾊于同类进⼝设备，⽽且装置的报价⼤约只有国外同类设备的1/3，也不⽤每年⽀付⾼昂的维护费⽤，因此病⼈的治疗成本将⼤⼤降低。
继往开来，做引领国际的产品。“2006年11⽉6⽇，我按下了第⼀例前期临床试验研究患者治疗的按钮。2018年11⽉6⽇，⾸台国产医⽤重离⼦加速器装置开始了第⼀例患者的临床治疗试验。”李强告诉记者，按下按钮的感觉就像按下⽕箭发射钮⼀样。
2019年9⽉29⽇，我国⾸台具有完全⾃主知识产权的国产医⽤重离⼦加速器装置——“碳离⼦治疗系统”获批第三类医疗器械产品注册，并于2020年3⽉26⽇正式投⼊运营。截⾄2023年6⽉底，武威重离⼦中⼼已完成超750例患者的治疗，疗效显著。跟踪统计数据显示，46例临床试验受试者的3年局部控制率达到84%。
与进⼝设备相⽐，国产重离⼦治疗设备不但具备技术保障好、运⾏维护费⽤低、性价⽐⾼等优势，⽽且可以提供持续的技术升级服务。李强告诉记者，当下复杂的国际形势让他更加明⽩了实现⾼⽔平科技⾃⽴⾃强的重要性。他们不仅要把医⽤重离⼦加速器做出来，还要做得更好，领先国际。
“⽬前，医⽤重离⼦加速器已在莆⽥、杭州、武汉、南京、⻓春等地进⾏建设。其中，莆⽥项⽬装置整机调试满⾜设计指标，正在开展设备注册检测。武汉项⽬装置主设备已安装完毕，准备调试。杭州项⽬装置主设备已⼊场安装。”肖国⻘告诉记者，打破国外的垄断，将医⽤重离⼦加速器价格降下来，离不开科研团队中每⼀个⼈的努⼒。
“我们团队⽬前正在开发第⼆代医⽤重离⼦加速器，从占地⾯积到耗电量都会全新升级，⽽且价格会更低。”杨建成表示，第⼆代产品的技术在努⼒引领国际的同时，在绿⾊节能环保上也要出彩，其占地⾯积将是第⼀代产品的1/3、耗电量是第⼀代的1/4、国产关键专利技术达到23项。这些数据的背后是科研⼈员的付出。
据悉，⽬前重离⼦治疗对⼤部分实体肿瘤都有较好的疗效，适合不宜⼿术、对常规射线不敏感、常规射线治疗后复发的部分实体肿瘤的治疗，如中枢神经系统肿瘤、头颈部和颅底肿瘤、胸腹部肿瘤等。随着技术不断成熟和研究不断深⼊，相关适应症范围也会随之扩⼤。但是，现有设备还⽆法满⾜我国庞⼤的癌症患者群体的需求。因此，由⼤变⼩将是未来医⽤重离⼦加速器发展⽅向。只有将价格降下来，才能真正实现普惠性医疗。
“未来会考虑采⽤超导的⽅案，将国产医⽤重离⼦加速器放置到⼀个⼏百平⽅⽶的房间内，让每⼀所医院都能安置重离⼦加速器，实现设备造价和患者治疗费⽤‘双低’。这是我们追求的⽬标。”肖国⻘表示，从相关专业⼈员的培训，再到将国产重离⼦加速器推向国际市场，未来还有很⻓的路要⾛。
“我希望我国能成为国际上除⽇本、德国外的第3个重离⼦治疗技术研发中⼼，在重离⼦治疗技术上提出更多的国际标准。”李强说。“我们的⽬标是让国产⼤装置⾛出国⻔，实现国际盈利。将所有的核⼼技术都掌握在⾃⼰⼿⾥，这样⾛在路上才踏实。”杨建成告诉记者。