SIDeA 開發創新癌症療法，把對健康組織的傷害降到最低

約有 90% 的腫瘤療法成功案例是因為手術與放射療法起了作用。一些常見的非侵入式癌症療法 (例如化學治療與放射治療等) 都會對人體帶來嚴重影響，因為這些療法會同時傷害癌細胞與健康的細胞。加速粒子束的使用提升了癌症療法的效率與準確度，可確保健康組織免於受損，當身體重要器官附近出現癌細胞的時候，這一點尤其重要。

雖然從 1950 年代初期開始，許多癌症中心即開始採用強子療法，但是隨著科技日新月異，義大利國家腫瘤強子療法中心 (CNAO) 也開始著手研究相關技術，該中心是位於義大利帕維亞的臨床設施，由衛生部建立和資助，為義大利的病人提供水療法。腫瘤科醫師必須依據不同的腫瘤成形方式，經常調整粒子束的物理特性，才能充分發揮療程效能，而此過程需要精確的控制系統。只要把能源電離粒子對準目標腫瘤，就可以減少目標腫瘤附近健康組織所承受的能量。

技術

CNAO 管理部門挑選控制系統的技術時，偏好投資歐洲公司的完整控制系統，因而促成與 SIDeA 的合作。SIDeA 是一家以客戶支援為導向的技術型公司，其專精於開發物理學實驗的控制和資料擷取系統，並以此聞名業界。

管理強子療法不僅複雜，且必須把將近 300 個裝置連結在一起，這樣一來才能控制機器操作與診療室進出。為了在核子輻射的放射期間安全進出診療室，我們使用 NI LabVIEW FPGA Module 與 NI PXI 硬體開發出一種安全連鎖系統。此系統可以建立並控制實際的粒子束，但必須把 Windows 使用者介面連接至即時裝置與 FPGA 架構裝置以利控制。NI LabVIEW 系統設計軟體可在單一開發環境中整合並抽象化多個異質運算裝置的複雜細節，因此有助於簡化上述問題。

時序與同步化則是安全建立並控制粒子束的關鍵需求。為了滿足嚴苛的 100 微秒解析度需求，我們使用 LabVIEW Real-Time Module與 PXI 開發出特殊的乙太網路架構傳訊協定。至於更嚴苛的 50 ns 解析度需求，我們則採用備有專屬 PXI 模組的光纖網路。

如果要把粒子束對準腫瘤，該系統必須先準備粒子束，接著再量測並控制粒子束的密度與位置，同時均勻分散至目標腫瘤。這些系統採用 LabVIEW 與即時 NI PXI 和 NI CompactRIO FPGA 架構硬體開發而成，每毫秒都可量測粒子束的密度，每 100 微秒可量測粒子束的位置，準確度為 100 到 200 微米，可針對不同需求加以調整。這種粒子束控制器系統可提供準確的量測、即時控制與資料顯示功能，以便科學家操作粒子束。

只要使用 NI 軟硬體開發出開放式架構，就算採用商用現成產品做為專案基礎，也可以有效解決相關挑戰。PXI 架構的超高靈活性、LabVIEW 的豐富功能，再加上使用 LabVIEW RIO 架構的 NI 硬體穩定效能，這樣一來即可透過靈活且創新的解決方案迅速滿足客戶需求。

透過質子束完成放射量測試與放射生物測試之後，CNAO 便取得授權，可以透過這種方式來治療病患。義大利放射治療師與腫瘤科醫師協會的統計結果指出，義大利約有 3% 的放射治療病患 (每年增加 3,000 名新病患) 會接受強子療法，而且這個數據還在穩定增加中。

作者資訊：

Luigi Tremolada
SIDeA
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