质子束治疗,质子束放疗,借助专利分析洞察质子治疗技术

　　本文将从专利代理师的角度，揭示MRI引导质子治疗技术在中国的专利布局情况，希望引起相关科研人员对专利分析的重视。

　　众所周知，精准放疗是放射治疗技术的重要发展方向之一，为此图像引导放疗(IGRT)技术被研发出来。所谓IGRT技术，就是指将放疗过程中的图像与模拟放疗期间拍摄的参考图像进行融合配准，并调整患者的位置及照射束流，以纠正摆位误差，更精确地实施放疗。

　　质子束拥有光子束所不具备的陡峭的“布拉格峰”(Bragg Peak)，当照射肿瘤靶区的质子束行进通过患者时，沿射束路径先释放其能量的一小部分，然后随着射束路径的延伸，在特定深度处释放剩余的大部分能量，由此能量释放曲线首先呈平台状，在结束端之前陡峭地增大到峰值随后急速降落，形成所谓的“布拉格峰”，使得高剂量的质子束沉积在肿瘤靶区，同时周围健康组织免受照射损伤。

　　然而这又导致了质子治疗对于患者位移更为敏感，即使是患者呼吸这样的小运动也会导致质子束递送的显著偏差，因此图像引导放疗(IGRT)技术对于质子治疗具有重大价值。详情请见质子中国往期报道《研究证实图像引导对于质子放疗的重要性》。

　　IGRT技术包括CT、核磁共振(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)等图像引导方式。由于MRI具有较好的软组织成像对比度，可进行功能成像且无电离辐射，光子放疗系统正在快速进入MRI图像引导时代，例如ViewRay的MRIdian于2012年获得美国FDA认证并于2014年获得欧洲CE认证，Elekta的Elekta Unity MR Linac于2018年获得欧洲CE认证和美国FDA认证。

　　但是将MRI集成到质子治疗系统却非常困难，主要在于MRI设备和质子设备相互之间存在电磁干扰，此外，在磁场中运动的带电质子束会受到洛伦兹力的影响而发生运动轨迹偏转，因此，在市场上至今还没有出现将MRI图像引导与质子治疗相结合的系统。

　　更多关于MR引导质子治疗的信息请见质子中国往期报道《德国研制出世界首台MRI引导的质子治疗原型机》、《德国OncoRay中心：MR引导质子治疗的研究进展》、《专家访谈|胃肠道肿瘤最新放射治疗技术——MR引导放疗和质子治疗》、《新一代MR-sim落户香港养和医院质子中心》。

　　MRI引导质子治疗系统在技术上似乎是一条窄道，很多人甚至断言MRI引导不适用于质子治疗系统。如何才能洞察质子治疗技术?作为一名专利代理师，笔者认为专利分析会是一个有力的手段。

　　由于专利制度要求专利权人以公开换取垄断，并且要求专利说明书必须做到充分公开，因此从专利文献中往往可以获取更多的且更可靠的技术情报。例如，Elekta的X线平板容积扫描成像系统(SynergyXVI系统)于2003年10月23日获得美国FDA认证，而相关的PCT国际申请于2001年8月23日公开(公开号为WO2001060236A2)。可见，如果掌握专利分析技能，早在Synergy XVI系统进入市场之前的2001年8月23日，就已经能够从PCT公开文献中一睹其庐山真面目了。

　　再回到MRI引导质子治疗技术，笔者通过专利分析了解到，有多家全球放射医疗设备领军企业都在进行相关研究。例如，比利时的IBA公司于2016年10月向欧洲专利局提交了多件关于MRI引导质子治疗的专利申请，并且在优先权期限内在中国、美国、日本等国家申请了同族专利。其中，以下3件中国发明专利申请尤其值得关注。

　　【专利申请1】

　　包括MRI的粒子治疗设备(申请公布号CN107913472 A，申请公布日2018.04.17)：该发明涉及一种用于以带电粒子束(15)照射目标(13)的粒子治疗设备(1)，所述粒子治疗设备(1)包括等中心可旋转机架(3)、磁共振成像系统(5)和无源磁屏蔽(7)。所述等中心可旋转机架(3)被配置为朝向所述机架等中心以及根据最终束方向来引导粒子束(15);所述磁共振成像(5)被配置成生成平行于所述最终束方向的主磁场(Bo);所述无源磁屏蔽(7)围绕所述磁共振成像系统(5)，所述无源磁屏蔽(7)和所述磁共振成像系统(5)均能够与所述机架(3)一起关于所述轴线Y旋转。

　　该发明通过无源磁屏蔽及其相关设置，降低了MRI设备和质子设备之间的电磁干扰，使得MRI引导质子治疗得以实现。

　　【专利申请2】

　　用于通过磁共振成像对横穿目标组织的强子射束的布拉格峰值进行定位的设备和方法(申请公布号CN 107913466 A，申请公布日2018.04.17)。

　　【专利申请3】

　　用于通过磁共振成像将横穿目标组织的强子射束路径可视化的设备和方法(申请公布号CN 107913467 A，申请公布日2018.04.17)：

　　专利申请2和3均涉及用于使横穿有机体的强子射束可视化的方法和医疗设备。在专利申请2中，围绕强子射束并且磁化率已被所述强子射束修改的被照射可激发原子A1的体积作为亚信号被捕获;在基于不受强子射束影响的可激发原子A0的激发来捕获MR图像之前，通过使被照射可激发原子A1的自旋饱和来获得亚信号。

　　专利申请3的方法则利用了由强子射束照射时可激发原子的性质的变化引起的MR图像采集中的伪影。通过小心地使强子脉冲与不同的MR数据采集步骤同步，可以标识这样的伪影并且根据这些伪影的位置来确定强子射束路径以及布拉格峰的相应位置。

　　通过专利分析可以看出，虽然将MRI图像引导与质子治疗相结合存在不少技术难题，但是研发人员一直在努力攻关并且已经取得了累累硕果。这些MRI引导质子治疗设备距离商业化也许并不遥远，无论如何，关于MRI引导质子治疗技术的专利布局，早已在中国落下棋子。

　　随着2035年进入创新型国家前列的远景目标的实施，专利制度对于科技创新的支撑作用毫无疑问将会更加显著，作为专利代理师中的一员，希望我们的声音也能够被越来越多的科研人员关注。(质子中国 编辑报道)

　　参考资料

　　1. 最新全球已运营质子重离子治疗中心汇总(截至2020年5月)

　　2. 《质子治疗系统的质检和调试》，刘世耀，科学出版社

　　3. 质子治疗发展简史

　　文章来源：质子中国