放疗手术机器人 | ZAP-X，能否打开未来放疗之门？

前言

ZAP-X，首创的无屏蔽系统的放疗设备，通过简单的扩展，能在任何地点提供即时放疗服务，包括门诊办公室和非住院手术中心等。

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来源公众号：放疗说（ID：fangliaoshuo）｜放疗说，让你更懂肿瘤治疗。

1950年代初期，瑞典神经外科医师 Lars Leksell 博士提出了立体定向放射外科手术（stereostatic radiosurgery，SRS）的概念，即将不同方向的多束射线聚焦到肿瘤组织，使放疗可以选择性照射边界明确的靶区，最大限度地避开周围正常组织。SRS可以无创地治疗一些脑部肿瘤和脑转移瘤。

但是，SRS系统（如伽玛刀、X刀、射波刀等）通常意味着巨大的购置成本、管理成本和屏蔽成本，这大大限制了SRS系统的推广和应用。

针对这些问题，John R. Adler教授发明了ZAP-X。

1.John R. Adler是谁？

· 1987年发明了射波刀

· 1992年创立Accuray（纳斯达克股票代码：ARAY）

· 2002年成立射波刀学会（2012年更名为放射外科学会）

· 2014年创立在硅谷创立Zap surgical system

他就是斯坦福大学脑外科及放射肿瘤学教授——John R. Adler。

John R. Adler曾师从放射外科的创始人、伽玛刀的发明者、瑞典神经外科医师Lars Leksell 博士，后一直身体力行倡导医生进入医疗器械行业开发新的医疗设备解决庞大的未被满足的医疗需求。

据说，他的名言是：“Sometimes an Entrepreneur ，always a Doctor。”从上述经历也可以看出，John R. Adler教授确实一直走“行医救人”和“创业”的两条路上。

此外，John R. Adler还创立并担任了Cureus.com的总编。Cureus.com是世界上唯一的多学科免费开放获取的医学期刊，该期刊现在每年发表2000多篇经同行评审的文章。| 传言这家期刊好像似乎“名声”不太好……

业内戏称，射波刀是John R. Adler教授的“长子”，那么作为“兄弟”的放疗手术机器人ZAP-X，业务能力如何呢？

2.虎父无犬子？

ZAP-X是一种新型的放疗设备，专为脑肿瘤和头颈部疾病的简化治疗而设计，其重新定义了放射外科的未来，与传统的放疗设备有着很大区别。

作为同类首创的“无穹窿”放射外科系统，ZAP-X 无需昂贵的放射仓。外形结构类似于一个大型陀螺仪。

它将自屏蔽技术与高剂量率线性加速器输送相结合，旨在安全地在更多地方治疗更多患者。支持简单的科室扩展，可以使放射外科手术在几乎任何位置的护理点交付中变得可行——包括卫星设施、门诊手术中心，甚至医生办公室。

▲ Zap-x外观设计

ZAP-X 使用最先进的直线加速器 (LINAC) 技术，以独特的方式提供多样化的非共面辐射剂量输送，同时消除了对活放射源的需求。

不再需要更换昂贵的源，也不再有持续的监管和安全负担。还具备一种新颖的完全集成的计量学检测矫正系统，能实时监控和矫正所传输的辐射。

除此之外，Zap-X采用改良的准直器，从数百个角度引导放射外科光束，以将光束精确地集中在肿瘤目标上。

让极少的剂量进入非肿瘤目标区域，减少了副作用产生的可能性；创新的机械设计可更好地保护肿瘤周围正常组织，缩短放疗时间，实现精确放射外科治疗。在临床上具有明显优势，治疗后效果显著且无术后感染风险。

这些创新技术使得ZAP-X与传统的SRS系统很大不同，而且创新使得放疗成本大幅下降，让更多患者能够负担的起放疗。

据外媒报道，ZAP-X于2017年9月获得美国FDA许可，2020年获得日本Shonin许可，2021年获得欧洲CE许可。

2021年11月2日，ZAP Surgical称其新一代ZAP-X陀螺放射外科平台在中国的临床试验已结束，预计即将获得中国国家药品监督管理局的注册批准许可。

据悉，解放军总医院于2019年1月引进安装Zap-X放射外科治疗系统，是亚洲首台、全球第二台该系统，全球首台位于美国巴罗神经研究所。

3.Zap-X工作原理

Zap-X系统是直线加速器和自屏蔽辐射的机械结构组合，为全球首创的具有对建筑物最小屏蔽设计要求的放射治疗设备。

Zap-X整个外形结构类似于一个大型的陀螺仪，能量为3MV S-band的直线加速器安装在带有两个可移动环形轨道的球形屏蔽结构内，两个圆形轨道之间的角度为45度，可以将患者周围入射范围极大化。

Zap-X系统的准直器由带屏蔽罩的可旋转钨轮组成，可以通过钨轮的转动来快速切换准直器尺寸，其旋转轴垂直于射束的中心轴线，最大限度减小射束半影，从而确保快速精确的治疗。

患者治疗前，通过Zap-X的治疗计划系统进行患者CT/MRI影像的导入、靶区的勾画以及治疗计划的设计。

计划设计时，根据每个患者肿瘤及危及器官的位置进行射束路径的设计，通过调整等中心位置和准直器的组合，结合对靶区及危及器官等剂量参数的逆向优化，实现靶区的精确剂量分布并获得最大限度的剂量跌落梯度。计划确认后会传送到治疗实施系统进行治疗。

在放射治疗前，Zap-X系统通过2D平面千伏级(kV)X射线成像系统，利用患者骨骼解剖学的X射线图像使治疗靶点置于等中心，在三维(3D)空间中实现患者位置的精确配准，并在治疗过程中实时追踪患者的运动轨迹，精确调整治疗床的位置来补偿患者运动产生的偏移，进而确保靶点始终保持在等中心位置。

同时，在治疗过程中使用特制的MV探测器，实现对每个射野的剂量偏差监测，超出误差时机器会自动停止。

4.Zap-X vs. 其他SRS设备

据称，与其他立体定向放疗设备相比，Zap-X系统具有四个方面的独到技术优势：

① Zap-X系统使用三维、小视野、多弧非共面聚焦、集束、单次大剂量照射技术：对病变起到类似手术的放射外科治疗目的，其将3MeV的低能和1500 MU/min的高剂量率融合到直线加速器，源轴距（SAD）为45cm，使得辐射泄漏最小化，半影最小化，夹角为45度的双旋转轴设计，能够实现较大的空间治疗区，在提高靶区病变治疗效果的同时进一步降低了周围正常组织的辐射剂量，并且缩短了患者的治疗时间。

操作界面简单，集成度高，数据全部集成于服务器，更便于用户的操作。

② ZAP-X系统的准直器设计，由带屏蔽性能的可旋转钨轮组成：实现8种不同尺寸准直器的快速切换（4.0、5.0、7.5、10.0、12.5、15.0、20.0和25.0mm），其旋转轴垂直于治疗射束的中心轴，使得辐射泄漏最小化。该准直器的特殊设计可使肿瘤边缘能量快速衰减，实现半影最小化，使得更多的辐射剂量到达肿瘤区域，降低肿瘤周围正常组织的辐射受量，使“手术刀”更锋利。

③ Zap-X系统采用了实时配准和实时剂量监测技术：可以在保证放疗精准度最高的同时避免出现放疗剂量过高或不足的发生，使医生拥有对病变“精准制导、精确打击”的能力，保证治疗精度为亚毫米级，从而更好地保护靶区周围正常组织，减少了放疗副作用产生的可能性，为患者提供了一种无创、安全、有效的治疗手段。

Zap-X系统的实时剂量监测是一个单独的剂量监测系统，剂量监测计数以每个治疗束射出患者的吸收剂量为依据，直线加速器实施的剂量需与治疗计划相当，当实施剂量与计划剂量存在显着偏差时，系统将暂停治疗。

④ Zap-X系统采用了全球首创的自屏蔽结构设计：封闭式外壳由钢、铅、钨等材料组合而成，不需建设防护墙即可达到环保要求，加之外形类似于一个体积较大的陀螺，场地适应能力强，使安装的周边环境在不需增加辐射防护装置的情况下提供有效的防护，大大降低了机房设计建造及安装运营成本，加快了安装周期，缩短科室筹备时间，受益患者群更广。

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文章来源：放疗说

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