从一张白卷到五彩缤纷的肿瘤治疗设备

.26《中国医疗器械信息》2010年第16卷第1期Vol.16No.160年行业回顾与展望ReviewandProspectofChinaMedicalDeviceIndustryfor60Years文章编号：1006-6586(2010)01-0026-33中图分类号：R197文献标识码：A收稿日期：2009-12-16作者简介：邱学军，总工程师，副总经理，研究员1本产品群的范围及产品在医疗卫生服务体系中的功能作用肿瘤治疗一直是受到全球极大关注的重大疾病医疗问题，也是医疗设备发展的重点应用领域。目前全球约有2000万肿瘤患者，每年新发病肿瘤患者约800万人，其中，我国肿瘤患者约有1000万，每年新发病肿瘤患者的数量已由上世纪80年代的150万上升到近200万，死亡约160万人，净增约40万人[1]。目前在我国，恶性肿瘤已占城乡居民死亡原因的第一位。在肿瘤治疗上，根据2002年世界卫生组织(WorldHealthOrganization,WHO)统计，目前肿瘤治疗的主要有：外科手术(surgery)、放射治疗(radiotherapy)和化学治疗(chemotherapy)这3大治疗方法(或手段)，且目前对恶性肿瘤的治愈率(即5年生存率)已达45%，其中外科手术(简称手术)贡献占22%，放射治疗(简称放疗)贡献占18%，化学治疗(简称化疗)贡献占5%，而且把3者手段结合起来进行综合治疗应用，能显著改善其疗效[1][4]。近年来，随着现代科学技术的进步，上述3大治疗手段得到了进一步的快速发展，出现了诸如影像引导外科手术及医疗机器人、精确调强适形放射治疗、靶向导引药物及生物治疗等一些新的技术和方法，迄今为止，肿瘤3大治疗手段的主导格局基本上还没有发生大的改变，而且约70%以上的恶性肿瘤病人须通过放射治疗手段得到较好的治疗。但随着科学技术发展日新月异，学科交叉日益增强和密切，各种新的治疗方法也在不断进步和发展，从一张白卷到五彩缤纷的肿瘤治疗设备邱学军汇总中国科学院北京大恒医疗设备有限公司(北京100089)放射治疗设备部分：邱学军顾本广赵洪斌史荣热疗设备部分：刘杰阳兵唐劲天医用机器人与计算机辅助外科设备部分：王田苗刘达例如包括微波、激光、聚焦超声等定向能量聚焦局部热疗(hyperthermia)、以及全身热疗等一些新的肿瘤治疗技术和手段也已有了较快的发展和应用，多种治疗手段的合理配合，有可能进一步提高肿瘤治愈率，目前已日益受到重视。具体明确到肿瘤治疗设备发展和应用这一特定描述范围和产品对象，根据临床使用和产品设备技术特点的不同而主要划分为：肿瘤放射治疗设备、热疗设备、医疗机器人与计算机辅助外科设备这3大类设备产品。2本产品群的发展史简要回顾在19世纪末期，肿瘤治疗开始逐步从单纯外科手术刀向新的技术形态发展。1895年伦琴发现了X射线，1898年居里夫妇发现了放射性核素镭并用镭锭照射浅表肿瘤。自此，肿瘤放射治疗及其设备技术开始了漫长的100多年的发展史。放射治疗从镭锭、深部X线机、Co远距离治疗机(简称钴-60治疗机)、医用直线加速器等发展到今天，已经发展到以治疗计划系统为核心的精确放射治疗时代。目前肿瘤精确放射治疗设备已是人类治疗恶性肿瘤的最主要设备之一[1][4][7][13]。肿瘤放射治疗属于电离辐射治疗，目前已经证明其疗效确切，但由于辐射损伤掌控不好也会出现较严重的并发症，因此对其肿瘤治疗部位和射线剂量必须严格的进行质量控制，实施规范化治疗[1][7][13][15]。而属于非电离辐射治疗的定向能量聚焦技术——肿瘤热疗，由于不会引起被作用生物组织产生分子电离，因此有TheDevelopmentofCancerTreatmentEquipment,StartedfromScratchesQIUXue-junSummaryBeijingDahengMedicalEquipmentCo.,Ltd(Beijing100089).27《中国医疗器械信息》2010年第16卷第1期Vol.16No.160年行业回顾与展望ReviewandProspectofChinaMedicalDeviceIndustryfor60Years时称作“绿色治疗方法”，但作为一种可独立应用于肿瘤治疗的方法，其临床意义和适用范围还有待进一步评定和规范明确，技术上也有待于进一步发展和成熟完善。其实热疗的概念虽然已有2000多年的历史，但由于当时历史条件下，科学技术不发达，热疗加温、测温方法与设备简陋，使热疗和其设备的发展受到了限制，未能在临床实际推广。真正形成一定理论和技术发展的阶段是在20实际60年代末期以后，特别是70年代中期以后，使得主要基于近代物理学、电子信息技术、以及微波、超声、激光等学科技术的定向能量聚焦与热疗设备(以下统称为热疗设备)，得到了较快发展，形成了诸如高强度聚焦超声治疗、微波及射频消融、激光和磁感应加温治疗等为代表的新的肿瘤热疗产品群[5][21][22]。回顾19世纪末期的技术进步，包括伦琴发现X射线和Clarke、Horsley将立体定位装置引入外科手术等等，也引起了外科手术治疗理念和技术上的质的飞跃，医生可以通过X射线图片从体外观察到体内的影像，并可以在手术以前进行有效的诊断，提高了医生对手术和空间的判断能力和治疗精确度。特别是20世纪80年代以后，随着计算机技术、自动化技术和医学影像技术的发展，肿瘤立体外科手术及其设备已经发展到以医疗机器人和计算机辅助外科手术为特征的新时期。具体本产品群的发展史回顾简述如下：2.1百年多发展历史的肿瘤放射治疗设备20世纪当中，特别是二次大战结束以后，对肿瘤放疗来说，最显著的提高是从一维(1D)、二维(2D)源皮距(SSD)浅表治疗发展到多野等中心(SAD)立体三维(3D)照射。21世纪以来，肿瘤放疗已经发展到追求精确的三维调强适形放疗(IMRT)[18][19]和影像引导放疗(IGRT)[20]的设备技术发展阶段。具体发展过程如下[5][7][8][10][13]：1922年：Coulidg(美国)200KV级深部X线治疗机诞生1943年：Kerst(美国)电子感应加速器用于放射治疗1944年：Veksler(瑞典)创立电子回旋加速器1946年：Fry(英国)研制MV级X线医用直线加速器问世(目前X线能量：6，10/15MV；电子线：6-18/21MeV)1951年：加拿大Co远距离治疗机(简称钴-60治疗机)(γ线，1.25MeV能量)问世1951年：瑞典Leksell提出立体定向放射外科(SRS)概念1959年：日本Takahashi首创用多叶准直器实现适形放疗技术1960年以来：(美国、比利时等国家)粒子(中子、质子和重离子)加速器陆续研制问世1967年：瑞典Leksell第1代立体定向放射外科治疗系统(γ-刀)问世1977年：Bjarngard(美国)等提出调强适形放疗(IMRT)理论技术1977-1978年：我国北京医疗器械研究所顾本广等人开始建立医用直线加速器研发基地1980年、1990年以来：(法/美/瑞/德/中)立体定向X-刀及三维适形放疗系统(3DCRT)，以及国产γ-刀系统推出2000年以来：(美/瑞/德/中)现代调强适形放疗(IMRT)/影像引导放疗(IGRT)得到发展。目前国际肿瘤放射治疗设备产业发展状况[5][13]：目前国际上主要放疗设备厂家有美国Varian公司、德国Siemens公司、瑞典Elekta公司、荷兰Nucletron核通公司、比利时IBA公司、美国CMS公司等，他们几乎占有世界放疗市场的90%以上。从全球来看，目前Varian、Siemens、Elekta这3家仍然占据着主要的外照射放疗市场份额(表1)。他们的放疗产品综合集成性强，产品系列化，品种全，具有数字化、网络化水平高的特点。表1国外3大放疗公司2004年产业规模情况VARIANSIEMENSELEKTA销售台数(约)400~450200~250150~200销售收入(约)~10亿美元~3.5亿美元~3亿美元随着全球化信息与采购管理、专业化和规模化经营的要求越来越迫切，当前放疗企业为实现持久稳定发展，都采取了一定规模的企业和产品互补及整合.28《中国医疗器械信息》2010年第16卷第1期Vol.16No.160年行业回顾与展望ReviewandProspectofChinaMedicalDeviceIndustryfor60Years战略，其中兼并案例上升较快。以Elekta公司为例：Elekta公司原以神经外科及放射外科治疗系统(Leksellγ-)起家，在上世纪90年代至今，通过投资运作，连续兼并(或控股)美国PT(体部适形治疗计划系统)公司、荷兰Philips加速器公司、美国ADAC(Pinnacle三维调强适形治疗计划系统)公司、IMPAC(放疗网络软件)公司和北京医疗器械研究所(中低能加速器)，现已成为发展较快、规模较大的具有肿瘤外科手术治疗、精确放射治疗(γ-，适形放疗及调强放疗，加速器与治疗计划系统兼有)以及网络产品为一体的国际性大企业。放疗大企业间的重组和兼并活动是市场资源优化配置和强化竞争力的重要反映。对于中小放疗企业来说，虽然有它生存发展的必然一面(如具有自身产品技术特色、与大企业间产品配套等)，但确实面临着越来越大的实际竞争压力。上世纪90年代开始，国际上3大医用加速器厂商(美国Varian，德国Siemens，瑞典Elekta)已纷纷推出了DigitizedLinearAccelerators的新一代产品，见图1。如Varian公司的ClinacEX&Platinum和最新推出的DynamicTargetingTMIGRT产品、Elekta公司的Synergy产品和Siemens公司的ONCOR产品。除具备常规型医用电子直线加速器的功能外，都配备了多叶准直器(MLC)和MV级端口成像系统(EPID)，因此均具备调强适形(IMRT)功能、图象引导(IGRT)功能和MV级锥形束CT成像功能。Elekta公司的Synergy产品还配备了KV级影像系统，实现了放射治疗全过程QA/QC的实时动态模式。随着分子影像学及其生物功能性影像技术(如PET-CT等)的迅速发展，靶区内的乏氧区能够实现影像显示、并能得到高剂量的照射，则高LET射线在放疗中的作用将显著减弱。21世纪国外放疗技术发展的主流仍将是高能X射线的精确放射治疗技术，特别是物理和生物学优化的调强放疗技术。由于这些放疗技术的共同特点是肿瘤剂量分布的高剂量区外围有十分陡的剂量下降梯度，从而使得高精度、高剂量、高疗效和低损伤(即三高一低)的现代放疗模式得以实现。2.2近30年发展较快的热疗设备肿瘤热疗[21][22][23]或称温热疗法、高热治疗、透热治疗等，是利用物理疗法，如高频电磁波、超声波、热水浴等，使组织加热而达到杀灭和抑制癌细胞的温度，以治疗恶性肿瘤。传统热疗技术的理论认为，正常组织和肿瘤组织同样能吸收电磁波能量，但由于肿瘤组织散热慢，使得肿瘤组织温度高于肿瘤邻近正常组织，加上癌细胞对高热敏感，因此认为43˚C能杀灭癌细胞，对正常细胞则损伤很少。但是新的热疗理论和实践已经超越了传统热疗概念，热疗将不再仅仅是放化疗的增敏和辅助的方法，它也许将成为一个独立的肿瘤治疗方法。目前临床较为广泛使用的热疗方法按治疗温度段分主要有3类[23]：①传统温热治疗(43˚C)，包括浅表热疗、腔内热疗、区域深部热疗、区域热灌注化疗、体腔热灌注化疗、全身热疗；②超高温热消融治疗(70˚C)，包括射频、微波、激光、高强度聚焦超声(HighIntensityFocusedUltrasound，简称HIFU)等；③高温治疗(50˚C左右)，是靶向热疗的基础和未来热疗的方向。它的特征是能够使病灶的蛋白质变性，也能够使大量产生的热休克蛋白现成复合物刺激机体的主动免疫，打击未接受热疗的远处转移灶和其其他的浸润病灶。临床加温技术目前常用的是电磁加温方法，根据其频率可分为微波(100MHz~3000MHz)、射频(0.1MHz~100MHz