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高纯度优质铜材应用于首台国产碳离子治疗系统
2020-1-14 16:43:30
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国际铜业协会
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近日,中国科学院召开新闻发布会,宣布由中科院近代物理研究所研制的“碳离子治疗系统”获批第三类医疗器械产品注册。这是国内首台自主知识产权碳离子治疗系统,目前安装于甘肃省武威肿瘤医院,将成为精准治疗癌症的新型利刃。国产先进碳离子治疗系统的注册上市为恶性肿瘤患者带来了新的希望,特别需要强调的是,高纯度优质铜材作为系统硬件中的主角,为保障该治疗系统的束流精准形成、稳定运转发挥着关键作用。

布拉格峰

——精确制导”的癌症杀手


碳离子治疗系统应用的碳离子射线属于重离子射线的一种,在治疗癌症方面具备明显优势。放射线治疗简称“放疗”,在原理上属于物理手段的治疗方式,相比起需要依靠化学药剂的“化疗”,物理治疗对人体伤害更小、疗程更短、后遗症更少、预后更好,患者可免于长期、反复治疗的痛苦。此外,碳离子射线具有独特的物理和生物学特性,在减少对患者伤害的同时提高了治疗效率。在穿越人体生物组织的过程中,碳离子射线的剂量主要沉积在其射程末端,形成一个尖锐的“布拉格峰”,而射线的其他部分能量不高,对人体的伤害比较小。另外,碳离子射线可以切断DNA双键,与X光射线等光子射线只能造成DNA单链断裂相比,杀伤性更强,生物学效应约比常规放疗高三倍。


在治疗中,医生们利用碳离子射线,以“布拉格峰”为手术刀,通过控制射线剂量,使“布拉格峰”准确落在肿瘤病灶上。这样一方面能够实现对患癌部位的“精准打击”,另一方面减少了对非治疗部位的影响。碳离子治疗仪的扫描深度可以达到人体内27厘米,配合水平、垂直和45度角的治疗终端,基本可以实现对人体内任何部位肿瘤的有效治疗。


高纯度优质铜材与碳离子治疗系统

——跨界的强强联合


与物理实验不同,碳离子治疗系统的离子束能量仅是实验室加速器装置束流能量的60%,真正作用到治疗个体的能量更微小,但因其是直接将离子束作用于人体,一丝一毫的细节都关乎生命。因此,科学家们对治疗系统的精度、可靠性、稳定性和安全性的追求近乎苛刻,对材料也提出了极高的要求。铜作为系统的重要材料,在诸如离子源、磁铁及电源、高频等硬件装置中扮演重要角色。


首台国产碳离子治疗系统选用了高纯无氧铜作为加速器铜线各类电缆、电子束流发射管、高频系统等等的用材,充分发挥了铜优良的导电性、天然的抗磁性和极佳的散热性。既保证了高载流条件下电流的稳定和束流的能级,又避免了在高电流工况下各装置及电缆等对带电离子造成的磁性干扰,还实现了长期运行条件下设备装置系统的有效散热和长期稳定性。


医疗健康——铜的新应用领域



碳离子治疗系统独特的优势可以在最大程度上减轻患者的痛苦,保卫患者的尊严,近年来受到了国家的高度重视。2016年,国务院出台的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》明确提出支持研发离子、中子等新型射线源,发展精准医疗设备。


目前,国产碳离子治疗系统使用纯度大于99.97%的高纯无氧铜,作为其加速器等硬件装置以及各种电压等级电缆的材料,一套治疗系统的用铜量可达120~150吨。此外,每套系统必定是建在一所专业的肿瘤治疗医院,医院作为特殊的建筑体,配套有医疗建筑用铜和导线、医疗器械、医检设备、医用气体系统、真空系统等,整体的用铜量还要更高。在国家关乎医疗健康的民生保障政策的大力支持下,碳离子治疗系统(包括质子治疗系统)有望迎来进一步的推广,为高纯度优性优质的各类先进铜材开拓了新的终端应用领域。


中科院近代物理研究所相关人士表示,接下来研发的第二代治疗系统会更小、更先进、成本更低,集优良的导电性和反磁性特性于一身的铜材料将继续为碳离子治疗系统的稳定运转保驾护航。

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