科技成果-VMAT腫瘤放射治療計(jì)劃解決方案

科技成果——VMAT腫瘤放射治療計(jì)劃解決方案項(xiàng)目概述惡性腫瘤對(duì)人類的危害日益嚴(yán)重，2008年全球惡性腫瘤死亡人數(shù)達(dá)760萬(wàn)，已超過(guò)艾滋病、瘧疾和結(jié)核病死亡人數(shù)總和。近年來(lái)，惡性腫瘤已成為中國(guó)居民的第一死因，每年死亡人數(shù)達(dá)180萬(wàn)。隨著診斷技術(shù)的迅速提高，腫瘤能夠在更早的時(shí)期被檢測(cè)到，因此，提高各類腫瘤的局部控制技術(shù)成為了當(dāng)代腫瘤治療的核心所在。放射療法是利用呈光子形式的電離射線（X-射線和Y-射線）來(lái)殺死癌癥患者的惡性和良性腫瘤細(xì)胞的一種療法。在中國(guó)，將近70%的癌癥患者將放射療法作為主要治療方式，或者將其與外科治療或化學(xué)療法相結(jié)合。電離射線通過(guò)損傷被放射區(qū)域的DNA從而造成細(xì)胞死亡，因此，放射療法的目標(biāo)是最大化施于腫瘤細(xì)胞的放射劑量以便殺死所有腫瘤細(xì)胞，同時(shí)最小化周圍健康組織（危及器官，OARs）的放射劑量。弧形調(diào)強(qiáng)治療（VolumetricModulatedArcTherapy，下文簡(jiǎn)寫為VMAT）是目前最先進(jìn)的放射治療技術(shù)，其計(jì)劃系統(tǒng)一直由國(guó)外廠商提供。所涉及的VMAT放射治療計(jì)劃解決方案，旨在為VMAT放療設(shè)備提供高質(zhì)量的治療計(jì)劃，彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)技術(shù)的空白。該解決方案包括計(jì)劃模型和優(yōu)化算法兩個(gè)部分，計(jì)劃模型涵蓋了臨床中常見(jiàn)的劑量分布約束、多葉準(zhǔn)直器約束和直線加速器約束，基于嵌套分割框架（Nested-Partitions）的優(yōu)化算法能夠在短時(shí)間內(nèi)計(jì)算出高質(zhì)量的放療計(jì)劃，并且滿足臨床劑量分布。應(yīng)用范圍VMAT放療計(jì)劃解決方案能夠應(yīng)用于弧形調(diào)強(qiáng)治療設(shè)備，通過(guò)通用數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)計(jì)劃系統(tǒng)軟件與放療設(shè)備硬件的通信和交互。目前弧形調(diào)強(qiáng)治療仍屬于全新的技術(shù)，國(guó)內(nèi)三甲醫(yī)院已經(jīng)開(kāi)始普及，本實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)于北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院建立了良好的合作關(guān)系，本技術(shù)在國(guó)內(nèi)三甲醫(yī)院中有著廣闊的應(yīng)用空間。而隨著弧形調(diào)強(qiáng)治療的普及，本技術(shù)的應(yīng)用空間會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。技術(shù)優(yōu)勢(shì)本實(shí)驗(yàn)室及其合作單位推出的VMAT放療計(jì)劃解決方案優(yōu)化技術(shù)在國(guó)內(nèi)居領(lǐng)先地位。在本技術(shù)中，NP優(yōu)化算法框架被成功的應(yīng)用在放射療法逆向治療計(jì)劃優(yōu)化的過(guò)程中通過(guò)對(duì)幾十例實(shí)際臨床病例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明相對(duì)于傳統(tǒng)的逆向治療系統(tǒng)，本技術(shù)在治療計(jì)劃的精確性和高效性兩方面都具有顯著優(yōu)勢(shì)?；贜P的放療優(yōu)化技術(shù)已成功申請(qǐng)美國(guó)專利，專利編號(hào)為：US7876882。同時(shí)榮獲美國(guó)醫(yī)學(xué)物理師年會(huì)（AAPM）最佳論文獎(jiǎng)。技術(shù)水平本技術(shù)在國(guó)內(nèi)外均屬于最新型技術(shù)，處于學(xué)術(shù)界和工業(yè)界前沿。與同類技術(shù)的對(duì)比表明，本技術(shù)在生成計(jì)劃時(shí)間和計(jì)劃質(zhì)量?jī)蓚€(gè)關(guān)鍵指標(biāo)上均處于該領(lǐng)域前列。本技術(shù)的相關(guān)成果已經(jīng)以論文形式發(fā)表于IEEE國(guó)際會(huì)議上，并即將在IEEE頂級(jí)期刊上發(fā)表。研究階段本技術(shù)目前正處于實(shí)驗(yàn)室階段，即將與北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院機(jī)進(jìn)行技術(shù)對(duì)接。市場(chǎng)狀況及市場(chǎng)預(yù)測(cè)目前，我國(guó)死亡病因中位列首位的就是惡性腫瘤。據(jù)全國(guó)腫瘤防治辦公室和衛(wèi)生部疾病控制司統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)惡性腫瘤患者總數(shù)約600萬(wàn)人，平均每年新增惡性腫瘤患者約210萬(wàn)人。自1970年以來(lái)，我國(guó)惡性腫瘤死亡人數(shù)一直呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。早在2006年，我國(guó)因癌死亡人數(shù)已經(jīng)達(dá)到300萬(wàn)人左右，0-64歲居民中每死亡4人至少有1人死于惡性腫瘤。隨著我國(guó)人口持續(xù)增長(zhǎng)、人口老齡化、環(huán)境惡化及生活方式的變化，我國(guó)惡性腫瘤的發(fā)病率將在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)保持高發(fā)勢(shì)頭。放射治療是治療惡性腫瘤的重要手段之一，放療技術(shù)的迅速發(fā)展大大提高了腫瘤的治愈率或延長(zhǎng)了病人的生存期。當(dāng)前約有45%的惡性腫瘤可以治愈：22%為手術(shù)治愈，18%為放射治療治愈，5%為藥物治愈。放射治療是當(dāng)今治療惡性腫瘤最常用的方法之一，其中中國(guó)的腫瘤患者約有70%接受放療，日本約有50%，美國(guó)則在50%-60%。（1）癌癥發(fā)病率上升與醫(yī)療資源集中導(dǎo)致腫瘤治療的需求缺口大隨著我國(guó)人口持續(xù)增長(zhǎng)、人口老齡化、環(huán)境惡化，我國(guó)惡性腫瘤的發(fā)病率將在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)保持高發(fā)勢(shì)頭。在我國(guó)癌癥發(fā)病率和死亡率快速上升的背景下，位于中心城市的大中型醫(yī)院和腫瘤?？漆t(yī)院仍無(wú)法滿足癌癥患者日常治療的需要，重大疾病“看病難”的矛盾依然尖銳，腫瘤治療服務(wù)的需求存在較大的缺口。（2）腫瘤精確放射治療優(yōu)勢(shì)導(dǎo)致需求上升基于本技術(shù)所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品致力于為全國(guó)各大醫(yī)院腫瘤放射科提供更為精確、高效的放射治療計(jì)劃。根據(jù)目前的腫瘤放射療法現(xiàn)狀，由于傳統(tǒng)商業(yè)治療計(jì)劃系統(tǒng)所提供的治療計(jì)劃精確性非常有限，強(qiáng)烈的副作用為采用放射療法的患者帶來(lái)了極大的痛苦；同時(shí)，傳統(tǒng)商業(yè)治療計(jì)劃系統(tǒng)的效率非常低，嚴(yán)重影響各大醫(yī)院放射科的資源利用及收益創(chuàng)造。基于腫瘤治療發(fā)展對(duì)于治療計(jì)劃的精準(zhǔn)性和高效性越來(lái)越迫切的需求趨勢(shì)，腫瘤精確放射治療優(yōu)化解決方案具有廣闊的市場(chǎng)前景。截止2010年，全國(guó)二級(jí)及以上醫(yī)院為7756家，其中放療單位突破1000家，而大部分醫(yī)院尚未配置高端腫瘤精確放射治療設(shè)備及軟件。根據(jù)市場(chǎng)分析，不考慮未來(lái)新技術(shù)、新設(shè)備投入市場(chǎng)和患者數(shù)量遞增的趨勢(shì)，僅以當(dāng)前二級(jí)及以上醫(yī)院的采購(gòu)需求計(jì)算，高端腫瘤精確放射治療設(shè)備及軟件的市場(chǎng)容量超過(guò)10億元。其中華北地區(qū)、華東地區(qū)及中南地區(qū)占據(jù)4/5，東北地區(qū)、西南地區(qū)及西北地區(qū)分占1/5。投資與成本估算，效益分析經(jīng)過(guò)財(cái)務(wù)測(cè)算和分析，本技術(shù)正常生產(chǎn)年份營(yíng)業(yè)收入5025.0萬(wàn)元，年銷售稅金及附加54.0萬(wàn)元，年利潤(rùn)總額2181.5萬(wàn)元，年稅后利潤(rùn)1636.1萬(wàn)元，所得稅545.4萬(wàn)元。公司投資利潤(rùn)率23.41%，投資利稅率31.52%，銷售利潤(rùn)率34.12%，稅前財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為37.26%稅后財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為28.75%,稅前財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值（i=10%）7609.4萬(wàn)元，稅后5220.4萬(wàn)元；稅前投資回收期