質子放射治療設備系統經營策略之個案研究

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國立臺灣大學工學院工業工程學研究所工學碩士學位論文

Institute of Industrial Engineering College of Engineering National Taiwan University

Master Thesis

質子放射治療設備系統經營策略之個案研究 A Case Study of Business Strategy on

Proton Radiotherapy Apparatus System

尹其言 Chi-Yen Yin

指導教授：洪一薰博士 Advisor: I-Hsuan Hong, Ph.D.

中華民國一〇四年六月

June, 2015

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誌謝

彷彿還沈浸在碩士入學考的錄取通知歡欣之中，卻隨著論文完成與口試通過讓二年充實的學習之旅劃下句點，赫然發現全篇論文最難下筆的竟然是謝辭，當站在舞台準備謝幕時，才發現真正該得到掌聲及榮耀的，絕不是站在台前的自己，

而是始終在身旁支持鼓勵、加油打氣以及一路相挺的所有夥伴。

感謝我的指導教授洪一薰博士在公忙之餘撥冗細心指導，幫助我對碩士論文寫作品質、研究架構和方法、研究流程與設計、資料分析及研究結論都能夠依循學術嚴謹的標準來進行準備。感謝國立臺灣大學工業工程學研究所副教授吳政鴻博士、國立交通大學工業工程與管理學系副教授陳文智博士與 University of New Mexico Anderson School of Management Associate Professor Cheping Jack Su, Ph.D.

對學生論文的詳細指正、評論及提出建議，有了您們的提攜與幫助讓我受益良多，

使本論文能更臻完善。

在這求學過程中，有太多需要感謝的同儕、家人與朋友，謝謝你們的支持與鼓勵，幫助我順利地完成工學碩士學位學程。衷心感謝我的妻子黃慧玲女士全力支持，在我求學的過程中，盡心照顧我們的女兒品曦與兒子品曄，讓我無後顧之憂。謝謝我的岳父母黃金龍先生與黃鄭彩雲女士，對我的家庭給予協助和照顧。

更感謝國立臺灣大學工業工程學研究所的師長與 102 級跨領域整合與創新高階主管專班全體同學，從這群良師益友的言行舉止，相信對我今後的待人處事有了更多正面的借鏡與學習，真正是裨益良多。

謹將此篇碩士學位論文獻給我已逝世多年的父母親，願他們在天之靈能夠和我一起分享這份榮耀與喜悅。

尹其言謹誌中華民國一〇四年六月

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中文摘要

儘管現代醫學治療已經取得良好的進展，癌症治療仍然是現今最重要的研究議題之一。與傳統放射治療法比較，質子放射治療法針對惡性腫瘤提供一個相對高有效性與符合經濟效益的治療方法。

本研究目的是(1)檢視全球高階醫療系統之產業發展脈絡和商業模式；(2)了解全球質子放射治療設備製造商經營規劃與未來策略布局；(3)探索臺灣個案公司進入新興市場可預見之商業機會與困難障礙。

本研究以個案研究法對質子放射治療設備生產廠商進行研究，採用深度訪談法對臺灣企業高階主管以半結構性訪談方式進行調查，以利研究資料的蒐集。以醫療法規、產業政策和專利技術三項構面進行觀察，並對個案公司提出剴切建議以及未來可能之發展方向。

研究分析得知，質子放射治療法為目前全世界最先進之腫瘤放射治療技術，

可以快速消滅惡性腫瘤細胞並降低人體正常組織因治療所受到的傷害。質子放射治療設備是一種高階醫療系統，其組成包含：(a)能量選擇系統；(b)醫用加速器系統；(c)射束傳導系統；(d)射束形成系統；(e)旋轉機座系統；(f)病患定位系統和(g)機器手臂治療床。

研究結果發現，個案公司發展質子放射治療設備具有下列優勢：(1)製造模組化整合能力；(2)醫療排程和資訊管理；(3)先進臨床治療系統；(4)高性價比客製化產品與(5)平價癌症醫療服務。

研究結論歸納，個案公司的經營策略是自有品牌推廣、核心技術競爭力強化與質子放射治療醫學教學中心設置，並將整套高階醫療系統憑藉「建置-營運-轉移」模式直接輸入至中國大陸、東南亞、拉丁美洲以及非洲等新興市場。其關鍵決定因素是(a)啟動計畫資金籌措；(b)大型場地空間取得；(c)醫療等級營建技術以及(d)與區域醫療院所策略聯盟。

關鍵字：高階醫療系統、質子放射治療、經營策略

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ABSTRACT

Despite the progress that has been achieved using modern methods of therapy, cancer currently remains one of the greatest problems within medicine. Proton radiotherapy is one of the most economical methods of treatment for malignant diseases with a relatively high rate of effectiveness.

This study aims to examine (1) a worldwide industrial development general view on advanced medical systems; (2) the evolution of global proton beam therapy; (3) how Taiwanese enterprise will be at forefront of delivering the last innovative cancer therapy to emerging markets.

Case study methodology was conducted for this interview survey with CEO of biomedical technology incorporation in Taiwan. Medical regulations, industrial policies, and technology patents were observed as three principals in this investigation.

Proton beam therapy is an rising form of radiation therapy that can maximize radiation doses to the target tumor, while sparing adjacent healthy tissues. Proton beam radiotherapy apparatus is one of robust radiation oncology technologies which comprising (a) energy selection system; (b) medical accelerator system; (c) beam delivery system; (d) beam output system; (e) gantry system; (f) patient positioning system and (g) robotic couch.

Results reveal that the strengths of biomedical technology incorporation are (1) integrated modularized manufacturing ability; (2) medical treatment scheduling and information management; (3) advanced clinical curing system; (4) cost-effective customized products and (5) affordable cancer therapy services.

The findings were summarized as the following statements; the business strategy encompasses three dimensions: branding promotion, core technology competence strengthening, and proton radiotherapy medical education hub network establishment.

The entire advanced medical system can be conveyed to emerging markets based on“build-operate-transfer”model; the major determinants are (a) initial fundraising management; (b) larger size facility acquired; (c) medical criterion constructing techniques; and (d) strategic alliance with regional hospitals.

Keyword: advance medical system, proton beam radiotherapy, business strategy

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圖目錄

圖 1 放射治療科技的整合發展和歷史演進圖 ... 11

圖 2 碳離子束、中子束、γ射線和質子束放射治療法的劑量差異分布圖 ... 13

圖 3 以 X-rays 進行放射治療之矢狀視圖和橫向視圖 ... 14

圖 4 以質子束進行放射治療之矢狀視圖和橫向視圖 ... 14

圖 5 質子放射治療法和傳統放射治療法之劑量分布差異示意圖 ... 15

圖 6 質子放射治療法和傳統放射治療法對人體正常組織傷害差異示意圖 ... 15

圖 7 美國質子放射治療醫學中心設置分布圖 ... 21

圖 8 歐盟質子和碳離子放射治療醫學中心設置分布圖 ... 25

圖 9 日本質子和碳離子放射治療醫學中心設置分布圖 ... 28

圖 10 國家同步輻射研究中心加速器系統設計示意圖. ... 41

圖 11 個案公司同步加速器專利布局示意圖. ... 43

圖 12 個案公司競爭優勢分析圖(PEST 方法). ... 44

圖 13 高階醫療器材產品開發流程、測試與查驗登記審查需求流程圖. ... 49

圖 14 全球醫療器材產業發展分布圖. ... 52

圖 15 全球醫療器材產業發展趨勢圖. ... 53

圖 16 全球醫療器材每年專利數量發展趨勢圖(1990~2010). ... 54

圖 17 全球高階醫療系統專利地圖. ... 56

圖 18 高階醫療系統質子放射治療設備之研發、行銷與附加價值分析圖. ... 60

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表目錄

表 1 不同型態放射治療技術比較表. ... 17

表 2 美國質子放射治療醫學中心使用粒子形式與最大能量一覽表 ... 21

表 3 歐洲質子與碳離子放射治療醫學中心使用粒子形式與最大能量一覽表. ... 25

表 4 日本質子與碳離子放射治療醫學中心使用粒子形式與最大能量一覽表. ... 27

表 5 日本三菱電機質子放射治療設備主要規格表. ... 29

表 6 兩岸三地放射治療醫學中心使用粒子形式與最大能量一覽表. ... 35

表 7 個案公司發展時間表. ... 37

表 8 個案公司之同步加速器與傳統同步加速器之差異性比較表. ... 39

表 9 全球醫療用加速器設計之比較分析表. ... 39

表 10 加速器規格比較表. ... 40

表 11 產品競爭優勢比較表. ... 40

表 12 個案公司新型專利權重分布表. ... 42

表 13 個案公司技術專利編號表. ... 43

表 14 個案公司建置-營運-轉移模式經營策略表. ... 45

表 15 主要國家醫療器材主管機關、法源依據與定義比較表. ... 46

表 16 主要國家之醫療器材查驗登記比較表. ... 47

表 17 質子放射治療設備設計開發之分類表. ... 48

表 18 手術與治療用醫療器材分類產品編碼表. ... 49

表 19 中國大陸醫療器械定義與分類表. ... 50

表 20 全球高階醫療系統專利技術資料前十大排名表. ... 55

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表 21 全球高階醫療系統專利權所有人前十大排名表. ... 56

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第一章緒論

醫療器材是一個範圍廣泛、產品種類眾多的產業，美國、歐洲與日本等醫療器材生產製造領先全球的國家，對高階醫療系統各有不同的看法和定義。高階醫療系統是一種由少量多樣的先進儀器、裝置、器械，包括電子零組件和機構模組所組裝而成的硬體以及專業醫療診斷與分析之電腦介面韌體與操作應用軟體，其使用是為了達成疾病的預防、診斷、監控、治療、或治癒等目的(張慈映等 2014）。

放射治療設備(radiotherapy apparatus)是指醫療進行過程中，為了執行手術或治療疾病所需要使用到的一種高階醫療系統。放射治療設備泛指以同位素放射源 (radiogenic isotope)或光子束(photon beam)針對腫瘤進行放射治療、或是使用其他儀器設備，包含傳統的鈷-60(cobalt; ⁶⁰Co)治療機、醫療用直線加速器、結合影像定位功能的影像導引放射治療機、電腦斷層掃描放射治療機以及α、β、γ等形式的放射線治療機等(許文林 1988; 廖漢文 2010)。放射治療設備多為大型醫療儀器且其生產技術較為複雜，該類產品目前屬於專案進口高階醫療設備，臺灣廠商以代理國外知名品牌為主要從事之商業模式。

惡性腫瘤(malignant)已經成為人體產生致命疾病的重大原因之一，近年來發現惡性腫瘤的患者數量持續增加，放射治療設備的需求也愈來愈多。腫瘤放射治療(oncological radiotherapy)是利用高能量放射線直接照射，針對人體生理組織產生病變區域的癌細胞加以摧毀，對周圍正常組織則儘量保護¹。對於大多數腫瘤，

放射治療方法是一種有效的治療方式。但是因為放射治療設備產品的單價昂貴、

生產時間冗長、需求大於供給；醫療院所採購評估時間與採購頻率也曠日費時，

因此臺灣近年來相關產品的進口數量與金額變化僅呈現小幅成長²。高階醫療系統

－質子放射治療設備的技術複雜性相對於其他醫療器材較高，在講求治療安全性與有效性的前提下，臺灣醫療院所多數透過代理商向國外採購產品，該類相關產品的品牌知名度是決定該產品市場占有率的主要關鍵(莊家銘等 2013)。

為了提高放射治療的準確性、減低對病灶周邊正常組織的傷害以及治療後副

1醫療財團法人辜公亮基金會和信治癌中心醫院，放射治療，http://www.kfsyscc.org/cancer/cancer-treatment/radiation/intro (存取日期 2013/11/23)。

2王榛驛、池煥德、林怡欣、林淑綿、張佳雯、張慈映、黃裕斌、陳婉玲、蔡孟男(2014)，2014 醫療器材產業年鑑，財團

法人工業技術研究院產業經濟與趨勢研究中心。

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作用的產生，近年來放射治療設備增加全方位電腦斷層放射治療(comprehensive computerized tomography radiotherapy; CCTRT)、影像導引放射治療(image-guided radiotherapy; IGRT)、強度調控放射治療(intensity-modulated radiotherapy; IMRT) 以及三維順形放射治療(three-dimensional conformal radiotherapy; 3D-CRT)，有效降低病患在治療過程中與治療過程後人體產生的不適感。

質子放射治療設備(proton radiotherapy apparatus)是以質子束(proton beam)穿透人體組織進行癌症治療，有效降低且可以不傷害到其他正常組織和健康細胞。

以臺灣為例，2008 年財團法人長庚紀念醫院開始進行相關評估和規劃建造質子放射治療醫學中心。由於質子放射治療設備必需整合高階醫療系統、建築營造施工技術和輻射安全防護等各個相關專業領域，且需要大型場地空間方能容納。2009 年中華民國行政院衛生福利部(原衛生署)核准林口長庚紀念醫院申請設置質子暨放射醫療中心；於 2012 年開始建置³。2014 年，國立臺灣大學醫學院附設醫院開始評估可行性方案以及質子放射治療醫學中心的建置規劃⁴。高雄長庚紀念醫院也預計投資興建質子放射治療醫學中心，預計 2019 年提供癌症醫療服務。

第一節研究動機

世界衛生組織(World Health Organization; WHO)資訊顯示⁵，從 2007 年到 2030 年間，全球因癌症造成的死亡人數預計將增加 45% (由 790 萬人增至 1,150 萬人)。

受到全球人口增加和老齡化的影響，在醫療資源充裕國家某些癌症的死亡率可能會略有下降。同一時期，新癌症病例估計將由 2007 年 1,130 萬例增加到 2030 年 1,550 萬例。

在大多數發達國家，癌症是僅次於心血管疾病的第二大死亡原因，流行病學證據表明此一趨勢在較不發達國家也逐漸增加。亞洲與南美洲多數國家更是顯而易見。分析所有癌症病例發現，超過半數在發展中國家產生。肺癌導致死亡的人數比其它類型癌症多。如果不加強煙草生產管制，肺癌快速增加的趨勢估計會持續到 2030 年。發達國家常見之癌症種類為乳腺癌、前列腺癌和結腸癌；發展中國

3林口長庚紀念醫院質子暨放射治療中心，質子放射治療，

https://www1.cgmh.org.tw/intr/intr2/c33e0/zhizizhongxin/lishiyange.html#.VE-EdvmUeeQ (存取日期 2014/09/21)。

4國立臺灣大學，臺灣大學與鴻海永齡健康基金會攜手創造華人癌醫治療新紀元，

http://www.ntu.edu.tw/spotlight/2014/140616_1.htm (存取日期 2014/10/25)。

5世界衛生組織，全世界癌症病例數正在增加或減少? http://www.who.int/features/qa/15/zh (存取日期 2014/09/11)。

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家則是肝癌、胃癌與子宮頸癌(廖漢文 2010; 莊家銘等 2013)。

癌症的治療方式主要是手術切除治療法、化學治療法以及放射線治療法，除了手術切除治療法和化學治療法外，癌症治療約有 60%~70% 必須搭配放射線治療法，因此放射治療設備的相關需求將持續增加。

臺灣在手術與治療用醫療器材類別的需求統計，放射治療設備和洗腎設備是高度進出口貿易逆差的兩大主要範疇(張慈映等 2014)。經營放射治療設備相關廠商上市櫃的企業有承業生醫投資控股股份有限公司(CHC Healthcare Group; TWSE:

4164)和英屬蓋曼群島商合富醫療器材股份有限公司(Cowealth Medical Holding

Co., Ltd.; TWSE: 4745 F-合富)。承業生醫 2009 年成立，主要代理美國與歐洲廠商

所生產放射治療設備產品銷售、租賃與提供服務，至 2014 年 12 月累積營收達到新台幣 20.78 億元⁶。合富醫療器材主要業務包含臨床檢驗試劑產品銷售與代理放射治療設備產品銷售、租賃以及提供服務，至 2014 年 12 月累積營收為新台幣 31.76 億元⁷。

高階醫療系統通常被全球知名品牌大廠壟斷市場，其原因是產品研發成本投入大與核心技術開發門檻高，質子放射治療設備使用、維護、服務和採購費用更是非常昂貴，醫療機構和院所重視品牌公信力，新進廠商很難進入。臺灣電子科技產業廠商嘗試投入此一產業領域者近年來也因此裹足不前，造成臺灣醫療機構院所使用之高階醫療系統長年受制於歐、美、日等國際知名製造廠商。1980 年臺灣開始建立電子、資訊、通訊、機械、塑膠以及化學等基礎工業強大的產業鏈；

近年來，臨床放射治療醫學之發展更是達到國際水準。因此，如何結合臺灣基礎工業和臨床醫學的優勢和經驗，建立臺灣高階醫療系統－質子放射治療設備的競爭優勢和經營策略，是本研究的主要研究動機。

第二節研究目的

根據 2013 年中華民國行政院財政部關務署統計進出口統計資料所示⁸，臺灣地區各類醫療器材進口總金額為新台幣 605.26 億元。手術與治療用醫療器材進口金額為新台幣 242.75 億元，占進口總金額之比例為 40.11%，是進口醫療器材分類中

6承業生醫投資控股股份有限公司，公司簡介，http://www.cyhc.com.tw/index.php (存取日期 2015/03/01)。

7英屬蓋曼群島商合富醫療器材股份有限公司台灣分公司，公司簡介，http://www.cowealth.com/TZ/aboutus/zhuanyetdui.asp (存取日期 2015/03/01)。

8中華民國行政院財政部關務署，統計資料庫查詢系統，https://portal.sw.nat.gov.tw/APGA/GA07 (存取日期 2014/10/25)。

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比例最高的一項類別。放射治療設備進口總金額為新台幣 11.1 億元，其占手術與治療用醫療器材之比例為 1.83%，此一統計結果顯示臺灣地區高階醫療系統相關產品與設備百分之百完全依賴從國外進口。

質子放射治療設備涉及人體，有安全性及有效性的考量，所以臨床醫學試驗和安全認證在高階醫療系統研發過程中占有極為重要的地位。同時因為需要取得臨床試驗和安全認證之需求，產品研發也較其他產品的開發時程長，如果能夠順利上市，其產品可以有較長的生命週期以及獲得更高價值和利潤。高階醫療系統之產業發展將會是臺灣產業升級轉型的一個重要方向，高階醫療系統尤其是質子放射治療設備相關產品可以成為策略性的發展目標(莊家銘等 2013)。

臺灣在質子放射治療相關學術研究主要以治療方法和診斷效果。許文林(1988）

針對放射治療基本原理，宋世鵬(1995）闡述放射治療技術的發展方向。李宗其等 (1996）對迴旋加速器質子治療設施劑量計算，蔡詩婷(2004)以鼻咽癌做為研究標的，為選擇各期鼻咽癌之放射治療技術或放射治療計畫時提供參考。蔡宗孝(2009）

的研究模擬質子射束在水中的劑量分布，成佳憲 (2008）以肝癌放射治療的效果、

黃國明等(2008）對頭頸部癌症放射治療進行相關方析。賴律翰等探討臨床質子治療射束劑量(2012a）與臨床治療相對生物效應和布拉格尖峰散佈(2012b）。

吳國海(1994）介紹質子及重離子加速器醫用設備世界現況，陳光耀等(1996）

對醫院質子治療設備同步迴旋加速器籌建規劃進行相關介紹。吳嘉明等的研究將質子治療機、迴旋加速器、同步輻射加速器各項裝置特性進行比較(2009a）以及質子治療機的質子射束輸出系統特性做了詳細分析與介紹(2009b）。陳咨縈等 (2009）針對影像導引放射治療在人體內位置準確度進行探討，徐玉君(2013）針對放射治療設備商業機會進行說明。

質子放射治療設備系統方面的相關研究方面，吳成文與吳國海(1996）評估中華民國質子加速器醫學及科學應用設備之可行性。許文林等(1997）提出國際質子加速器醫學治療設備參訪報告，蔡文正等(2005）的研究說明臺灣高科技醫療儀器的利用趨勢。賴宜君等(2010）以光子治療與粒子治療發展進行比較分析，江祥輝等(2011）針對質子治療加速器輻射屏蔽、葉世安等(2011）對醫用質子加速器治療機設施的輻射屏蔽設計進行相關研究。廖漢文(2009)對質子放射治療醫學中心的營運與未來開放國際醫療等構面提出可行性評估。洪儷中與張東浩(2013）提出質

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子治療現況與展望，莊家銘等(2013）以臺灣高階醫療器材前進中國大陸的機會與挑戰進行相關研究。

本研究意欲探索高階醫療系統在臺灣的發展程度，進而詳細瞭解臺灣醫療機構應用質子放射治療設備的情形。文獻回顧結果顯示高階醫療系統－質子放射治療設備的經營策略與競爭分析在臺灣學術或實務領域並未發現有深入討論。

本研究目的歸納如下：

(1)檢視全球高階醫療系統之產業發展脈絡和商業模式

(2)瞭解全球質子放射治療設備製造商經營規劃與未來策略布局 (3)探索臺灣個案公司進入新興市場可預見之商業機會與困難障礙 第三節研究方法

質性研究主要目標是對個體行為其本身之特殊性在當下所處的環境狀態下，

考慮該時空背景對個體的影響進行探索，進而以廣泛層面觀察與豐富描述來詮釋整體研究(林金定等 2005)。個案研究法(case study method)是檢視個案在特定情境下的行為表徵和活動方式，剖析個案之獨特代表性(Yin 2014)。研究者以此方式瞭解事件或現象的軌跡脈絡或提供更適當的方法，進行彙整並體現研究之特殊見解與觀點⁹。

半結構性訪談方式 (semi-structured interviews) 又稱為引導式訪談 (guided interviews)。研究者在訪談進行之前，必須根據研究目的與研究問題，進行訪談大綱設計，作為訪談指導指令。在整個訪談進行過程，訪談者不必根據訪談大綱順序，進行訪問。訪談者可以依實際狀況，對訪談問題做彈性調整。半結構性訪談假設，如果訪談問題相同，但是受訪者對於問題本身的認知與個人經驗，導致不同受訪者的回覆會有差異。半結構性訪談和結構性訪談不同，不會對每項討論議題預先設計非常清楚明確的問項。對採用半結構性訪談的研究者而言，訪談大綱設計只是為了要讓訪問進行更為順暢，所以在引導式問題之後會跟隨開放式的敘述問項，用以徵詢受訪者的自身感受。半結構性訪談方式具有下列優點：(1)對特定議題採取較開放的態度，進行資料蒐集，研究者進行資料收集時，時常有更多收穫。(2)受訪者在訪談過程中如果沒有太多的限制，通常會以開放的態度來反芻

9Yin, R.K. (2014), Case study research: design and methods, (5^th ed.) Thousand Oaks, CA: Sage, U.S.A.

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自身的經驗。

本研究從中英文參考書籍、學術論文以及相關市場報告、期刊文章等，蒐集具有關聯性的資料加以歸納整理並進行探討；以個案研究法對質子放射治療設備生產廠商進行分析，採用深度訪談法(in-depth interview)對臺灣企業高階主管以半結構性訪談方式進行調查，以利研究資料的取得。

本研究論文第二章針對質子放射治療設備應用概況進行介紹。首先說明癌症學理與放射治療，提供一個綜述包含質子放射治療的原理和臨床醫學的優勢，本研究將以此為基礎展開探討與研究。其次，本章節將會回溯質子放射治療的歷史起源，瞭解質子放射治療的應用技術和分類、詳述質子放射治療的特徵與功能以及質子放射治療如何降低癌症治療的風險並提高治療痊癒機率的原因。

第三章將詳述全球質子放射治療設備的產業發展概況與商業模式。首先對先進國家美國、歐盟與日本各國醫療器材產業與質子放射治療設備產業加以分析、

整理與說明。其次將世界各國質子放射治療設備製造商之現行經營規劃與未來策略布局對本個案研究的問題進行探索式開發與彙整。最後介紹兩岸三地質子放射治療醫學中心的目前發展最新情況。

第四章將說明個案公司的研究資料彙整、分析與結果，首先闡述個案公司的背景和現況，並將個案公司與先進國家美國、歐盟與日本等國的主要競爭對手進行比較和分析。其次，以醫療法規、產業政策和技術專利三項研究構面設計研究大綱，由研究者安排與臺灣企業高階主管進行深度訪談，在訪談過程中針對個案公司之研發設計與產品價格，市場推廣和經銷通路規畫進行錄音及詳實文字記錄。

然後對個案公司提出剴切建議以及協助其研擬經營策略與評估未來可能發展之方向，以期呈現符合學術標準的信度與效度之研究結果。

第五章是研究結論。在完成了與個案公司的高階主管的深度訪談後進行資料分析與歸納整理。本研究提出一個高階醫療系統質子放射治療設備之研發、行銷與附加價值分析圖用以協助目前正在規劃跨足醫療電子領域，整合電子資訊與生技產業的技術和資源，或準備進入高階醫療系統質子放射治療設備產業鏈的企業高階主管，為其選擇未來經營策略的模式，作為依據和參考。並且對研究結果所呈現的管理意涵加以解釋。隨後闡述研究價值，最後並對研究限制進行說明。

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第二章質子放射治療應用概況

第一節癌症學理與放射治療 壹、癌症基本概念

根據世界衛生組織說明¹⁰，腫瘤分為良性(benign)和惡性(malignant)兩種類型，

如果發現腫瘤的存在，經診斷呈現良性反應，可以用外科手術方法去除，通常不會復發或是擴散到人體其他部位。癌症是一種可影響人類身體任何部位之多種疾病的通稱；亦稱為「贅生物」(excrescence)或惡性腫瘤。癌症的特徵是「異常細胞快速增殖」(abnormal cell proliferation)，這些細胞會侵襲人體的器官和擴散到任何部位，這個過程被稱為「轉移」(metastasis)；轉移是癌症致死的主要原因。人類身體是由許多不同類型的細胞所組成。當細胞老化或受損，這些細胞會死去並由新生細胞所取代。當一個細胞的遺傳物質「去氧核糖核酸」(deoxyribonucleic acid;

DNA)被改變而產生損壞、或產生突變導致影響正常細胞生長和分裂時，細胞變得不會死亡；取而代之的是這些細胞可能會形成大量的不正常組織，稱為「腫瘤」

(tumor)。這種突變的基因也可能遺傳自父親或母親。

惡性腫瘤是一般大眾所認知的癌症。惡性腫瘤含有癌細胞，最初形成時，會發生在原部位上，稱為「原位癌」(carcinoma in situ)。發現癌細胞而不做任何處理，

就會破壞周圍正常組織並擴散至其他部位，變成「侵襲性癌症」(invasive cancer)。

當惡性腫瘤由最初位置蔓延到其他器官時，稱其為「繼發性癌症」(secondary cancer) 或「轉移性癌症」(metastatic cancer)。癌細胞繁殖速度相當快，具有高度侵犯性及轉移性，容易造成正常組織或器官病變，繼而導致器官功能喪失。癌細胞轉移至人體重要器官通常是癌症致死的主要原因(莊家銘等 2013)。

一般來說，從病變發展為惡性腫瘤，是因為人體基因與多種外部因素之間相互作用的結果，這些外部因素包括：(1)物理性致癌物質，例如灼熱(searing)、紫外線(ultraviolet)或是輻射線(radiation)；(2)化學性致癌物質，例如砷(arsenic)、

石棉 (asbestos) 、餿水油 (gutter oil) 、黃麴黴素 (aflatoxin) 或是煙草煙霧成分 (ingredient of tobacco smoke)與(3)生物性致癌物質(biological carcinogens)，例如細

10世界衛生組織，癌症，http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs297/zh/ (存取日期 2014/01/23)。

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菌(bacterial)、病毒(virus)或是寄生蟲(parasite)引起的「感染」(infection)。

癌症可分為五個階段，每一種癌症有不同的分期標準。第零期：原位癌早期形成(carcinoma in situ-early form)，第一期：腫瘤只侷限一處，而且沒有擴散至其它部位的現象(localized)，第二期：腫瘤局部侵犯的情形較嚴重(early locally advanced)，第三期：腫瘤除了局部侵犯，同時也侵犯到局部淋巴結(late locally advanced to lymph nodes) ，第四期：腫瘤已擴散到遠處部位，又稱為轉移 (metastasized)。

財團法人臺灣癌症基金會統計¹¹，臺灣最常發生的癌症種類為：肺癌、肝癌、

大腸直腸癌、胃癌、口腔癌(廖漢文 2010)，其次為血癌、骨癌、喉癌、乳癌、腦癌、食道癌、皮膚癌、胰臟癌、卵巢癌、膀胱癌、鼻腔癌、腎臟癌、淋巴癌、攝護腺癌、輸卵管癌、膽囊膽管癌、腸胃道間質癌以及多發性骨髓癌等。

貳、放射治療原理

1895 年德國物理學家 Röntgen 發現放射線的存在(陳光耀 1996），1901 年以此項發現獲得 Nobel prize¹²。放射線在臨床醫療領域開始普遍應用(e.g., 宋世鵬 1995;

陳玉萍等 1999; 邱文姿 2007; 黃國銘等 2008; 顏上惠 2012)。放射治療法是利用放射線所攜帶之能量，與癌細胞作用之後，破壞其染色體，降低癌細胞分裂及生長速度，藉此達到治療病患的目標(廖漢文 2010; 莊家銘等 2013)；可分成光子射線和帶電粒子射線(又稱為離子射線)兩大類，光子射線是電磁波，依能量分為 X-rays、γrays 和小放射源產生之光束，常用於體外照射治療；放射性同位素 (radioisotope)則適用於體內療法(e.g., 蔡文正等 2005)。帶電粒子射線包含中子、

質子、重帶電粒子(heavy charged particle)等射線¹³。放射治療設備包括「全身」

(systemic)和「血源性」(blood-borne)腫瘤治療過程中所使用的設備¹⁴。

臨床治療主要有三種使用方式：(1)體外遠距離放射治療法，包含電腦刀、伽瑪刀、高能量加速器與質子放射治療等設備、(2)體外近距離放射治療法，例如放射性粒子(seeds)、劑量施打器-後裝載機(applicators-afterloaders)和電子式近距離

11財團法人臺灣癌症基金會，臺灣常見癌症，http://www.canceraway.org.tw/pagelist.asp?keyid=33 (存取日期 2014/10/30)。

12“Wilhelm Conrad Röntgen－Facts”, Nobelprize.org, Nobel Media AB 2014, available at

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1901/rontgen-facts.html (accessed 11 February 2014).

13大西正夫(2014)，朱鐵吉譯，財團法人核能資訊中心，日本放射線醫療日趨進步，

http://www.nicenter.org.tw/modules/tadbook2/view.php?book_sn=&bdsn=1274 (存取日期 2014/12/12)。

14Podgorsak, E.B. (2005), Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and Students, International Atomic Energy Agency (IAEA), Vienna.

(19)

9

放射治療 (electronic brachytherapy) 等設備以及 (3) 體內放射治療法，使用硼 -10(Boron-10)、鉺-169(Erbium-169)、碘-131(Iodine-131)、釤-153(Samarium-153) 或是錸-186(Rhenium-186)等放射性元素¹⁵。主要臨床治療應用如下所述。

(1)體外遠距離放射治療法(external irradiation)，又稱為體外放射治療法。放射源位於患者體外一定距離，集中照射人體罹癌之腫瘤部位。

a. 傳統體外放射治療法(conventional external beam radiotherapy; EBRT) 為最原始的放射治療。電腦運算能力尚未達到現在先進而且沒有電腦斷 層攝影配合，因此只能照正面以及側面 2 張 X 光片，容易傷害腫瘤附 近的正常細胞(Shipley et al. 1995; Fuss et al. 1999; King et al. 2000; St.

Clair et al. 2004)。

b. 三維空間順形放射治療法(3D conformal radiotherapy; 3D-CRT)

利用順形治療的概念，將人體以三度空間的方式，順著腫瘤形狀給予高劑量放射線，減少腫瘤周圍正常細胞所受到的劑量，而且可以減少照射次數(Miralbell al. 1992; Shipley et al. 1995; Cozzi et al. 2001; Hug et al.

2002; Zietman et al. 2005; Sheets et al. 2012)。

c. 強度調控式放射治療法(intensity modulated radiation therapy; IMRT) 搭配核磁共振成像(magnetic resonance imaging)、正子電腦斷層掃描 (positron emission tomography)、電腦斷層攝影、或是超音波(ultrasound) 掃瞄，提供更準確的劑量控制，有效消除腫瘤細胞和降低併發症的發生機會(King et al. 2000; Cozzi et al. 2001; St. Clair et al. 2004; Weber et al.

2004; Hall 2006; Schneider et al. 2006; Dowdell et al. 2008; Nguyen et al.

2008; Chera et al. 2009; Fontenot et al. 2009; Welsh et al. 2011; Sheets et al. 2012)。

d. 影像導引式放射治療法(image-guided radiation therapy; IGRT)

病患在治療前與過程中，利用影像診斷設備，掃瞄對腫瘤和正常器官進行即時監控(Jaffray et al. 2002; Xing et al. 2006; Dawson & Jaffray 2007;

陳咨縈等 2009)。

15National Cancer Institute at National Institutes of Health, U.S. Department of Health and Human Services, “Radiation Therapy for Cancer”, available at http://www.cancer.gov/cancertopics/factsheet/Therapy/radiation (accessed 2 June 2014).

(20)

10

e. 立體定向式放射治療法(stereotactic radiosurgery; SRS)與體部立體定向式放射治療法(stereotactic body radiation therapy; SBRT)

以正常細胞可承受的 X-rays 或γrays，準確定位腫瘤的位置。適合用於 癌症初期或良性腫瘤的病患(Baumert et al. 2001; Silander et al. 2004;

Vernimmen et al. 2005)。

f. 呼吸調控式放射治療法(respiratory-gated radiotherapy)

人體器官和腫瘤組織會因為呼吸造成微小移動而影響放射治療之準確性。以紅外線監視系統分析病患之呼吸週期獲得腫瘤移動相關位置資訊，

再根據病患的呼吸起伏來控制直線加速器在特定之呼吸幅度或相位做放射治療，以期達到最佳的治療效果(Kini et al. 2003; Tsunashima et al.

2004)。

(2)體內近距離放射治療法(brachytherapy)，又稱體內放射治療法。將放射源密封後放入人體內直接照射腫瘤組織，只會影響到放射源周圍有限的區域，

較遠的正常組織不會受到影響。此種治療方法可以採用高劑量施行(King et al. 2000; Ollendorf et al. 2008)。

(3)體內放射治療法(internal irradiation)。將放射性元素以液態形式經由口服或靜脈注射方式送進病患體內，對特定腫瘤組織進行放射治療(王世楨等 2000)。

2009 年起，日本 FIRST (Funding Program for World-Leading Innovative R&D on Science and Technology)展開為期五年的計劃¹⁶，支持日本北海道大學 (Hokkaido University)和京都大學(Kyoto University)共同發展次世代「分子追蹤放射治療裝置」

(Real-time Tumor-tracking Radiation Therapy with 4D Molecular Imaging Technique)。

北海道大學負責開發「即時腫瘤追蹤式質子放射治療系統」 (real-time tumor-tracking proton beam therapy system)，京都大學負責開發「四維影像導引式 X-ray 治療系統」(four-dimensional image-guided X-ray therapy system)。本研究將 放射治療科技整合發展和歷史演進整理如圖 1 所示。

16Hokkaido University Graduate School of Medicine, “Project Outline, FIRST Program (Funding Program for World-Leading Innovative R&D on Science and Technology)”, available at

http://rtpbt.med.hokudai.ac.jp/cgi-bin/index.pl?page=contents&view_category_lang=2&view_category=1001 (accessed 19 December 2014).

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11 圖 1 放射治療科技的整合發展和歷史演進圖

(資料來源：Hokkaido University Graduate School of Medicine, Japan, 2014)

第二節質子放射治療法 壹、質子放射治療法演進

質子科學相關應用開始於美國，最初是為了物理學研究與實驗。1930 年代，

Lawrence 與 Livingston 在 University of California at Berkeley 發明迴旋加速器，此裝置可以產生高速的質子束¹⁷。Wilson(1946)的開創性研究發現攜帶高能量的質子束可以應用於醫學放射治療¹⁸；1946 年於 Harvard University 設計一座 150MeV 的迴旋加速器。質子應用於病患治療可以回溯到 1950 年代，Larsson et al.(1958)提出質子應用於放射治療的可能性。1961 年於 Harvard University Cyclotron Laboratory 開始以質子束治療顱內病變(intracranial lesions)。1970 年代，由美國國家癌症研究中心撥款贊助研究，Suit et al.(1975)的研究提出質子放射治療法應該更廣泛的使用於癌症患者治療。Miller(1995)整理質子放射治療相關應用之起始歷程，Smith(2006) 統計使用質子放射治療法治療痊癒的患者人數。

Loma Linda University Medical Center(LLUMC)Slater et al.(1991)與 Harvard University 合作，創立質子放射治療工作小組(Proton Therapy Cooperative Group;

17Lawrence, E.O. and Livingston, M.S. (1931), “The production of high speed protons without the use of high voltages,” Physical Review, 38, pp.834.

18Wilson, R.R. (1946), “Radiological use of fast protons,” Radiology, 47(5), pp.487-491.

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12

PTCOG)，該組織營運持續迄今。Slater et al.(1991)創新設計質子放射治療五項系統包含：(1)射束大小(beam size)、均勻性(homogeneity)與強度控制(beam control for intensity)；(2)能量調變(variable beam energy)；(3)束流傳輸系統(beam transport system)；(4)旋轉機座系統(gantry system)以及(5)治療診間和建置模組(room and site configuration)。束流傳輸系統的磁鐵由 Illinois Fermilab(Fermilab National Accelerator Laboratory)負責設計(Cole et al. 1989)。1991 年完成建置全球第一個醫用同步加速器的質子放射治療醫學中心，1992 年開始營運。

重帶電粒子（heavy charged particle）是指質量數（即中子數與質子數的和）

等於或大於質子（氫的原子核）質量數的帶電粒子，例如 p（質子）、α粒子、π 介子，與碳離子等。質子的質量數為 1，碳離子的質量數為 12，電子的質量則為質子的 1/1,800。也就是說，當電子的質量為 1 時，質子是它的 1,800 倍，碳離子則為電子的 21,600 倍¹⁹。

重帶電粒子（質子或碳離子）穿越某些物質時可以忽略它在物質中與核的相互作用，造成的劑量隨深度分布，其形狀呈現所謂的布拉格曲線。如圖 2 所示，

質子束所攜帶的能量會在其穿透障礙後的最後幾公分全部釋放，造成「高能量劑量」(high energy dose)，稱為「布拉格尖峰」(Bragg peak)(Pedroni et al. 1995)。

在形成峰之前的平坦段稱為「坪」(plateau)，峰後是陡直減弱的一個「尾部」(tail)。

將其擴展後可以形成與腫瘤大小形狀相符合的「延展布拉格峰」(spread-out Bragg peak; SOBP)(Paganetti & Goitein 2000; 莊家銘等 2013)。以電腦診斷影像設備掃描腫瘤組織之形狀和輪廓，計算入射方向、能量和頻率並給予起始劑量，可以將質子束大部分能量集中投射至腫瘤的位置，減低對正常組織傷害，減少治療過程中對人體產生的影響²⁰。

成佳憲(2008)說明質子放射治療有別於傳統直線加速器產生的光子放射治療之處，在於物理特性上可聚焦於身體特定深度，才釋放大部分劑量，行徑路徑上則遠較光子放射治療殘留極低的劑量。質子放射治療法可以降低醫學治療過程中

19大西正夫(2014)，朱鐵吉譯，財團法人核能資訊中心，日本放射線醫療日趨進步，

http://www.nicenter.org.tw/modules/tadbook2/view.php?book_sn=&bdsn=1274 (存取日期 2014/12/12)。

20Levin, W.P., Kooy, H.M., Loeffler, J.S. and DeLaney, T.F. (2005), “Proton beam therapy,” British Journal of Cancer, 93(8), pp.849-854.

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13

對人體的傷害²¹。Grassberger et al.(2010)指出質子放射治療法是一種低階的直線能量轉移放射形式(linear energy transfer; LET)，有效劑量是與其他射線劑量(例如：

碳離子束、中子束與γrays)做比較而得出「相對生物效應」(relative biological effect;

RBE)。其產生特定治療效果所需劑量比例，通常是以鈷-60 產生的光子劑量做為比較標準(廖漢文 2010; 賴律翰等 2012; Murakami 2012)。

圖 2 碳離子束、中子束、γ射線和質子束放射治療法的劑量差異分佈圖 (資料來源：Murakami 2012, Research Center of Charged Particle Therapy,

National Institute of Radiological Sciences; NIRS, Japan)

貳、質子放射治療法優點

Preuss(2010)說明 1954 年美國 University of California, Berkeley Lawrence Berkeley National Laboratory(LBL)嘗試以質子束作為臨床癌症治療應用的可行性。

1961 年美國 The Harvard Cyclotron Laboratory(HCL)與 Massachusetts General Hospital(MGH) 開始共同進行臨床治療醫學試驗。 1990 年美國 Loma Linda University Medical Center(LLUMC)建置 Proton Therapy Treatment and Research Center，1992 年開始使用質子放射治療法為癌症病患進行治療與服務²²。

質子放射治療法的特徵是具有強大的惡性腫瘤細胞殺傷能力。惡性腫瘤細胞的基因(DNA)也是雙螺旋結構，傳統放射治療法只能切斷其中的單鏈，因此腫瘤有復發的風險。質子放射治療可以切斷雙鏈，是更可靠的治療方法。在臨床醫學應用上，成佳憲(2008)指出質子放射治療可以較光子放射治療給予更高的腫瘤劑量但更少的正常肝臟劑量，有助於創造更高的腫瘤控制率及病患存活率。

21DeLaney, T.F. and Kooy, H.M. (2008), Proton and charged particle radiotherapy, Philadelphia: Lippincott, Williams and Wilkins.

22洪儷中、張東浩(2013)，淺談質子治療現況與展望，教研與創新季刊，第六期，頁 27-29。

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以 X-rays 進行治療之「矢狀檢視圖」(sagittal view)和「橫向檢視圖」(transverse view)，如圖 3 所示；以質子束執行治療的示範，如圖 4 所示。比較圖 3 和圖 4 可 以發現，以 X-rays 治療癌症時，無論如何控制治療劑量的多寡，仍然可能會大面 積的傷害到正常組織。然而質子束則可以比 X-rays 更精準定位來執行消滅惡性腫 瘤部位的癌細胞，並減低對人體正常組織造成不必要的傷害；特別是應用在孩童、

老人、眼部、以及腦部等相關的癌症治療²³。

圖 3 以 X-rays 進行放射治療之矢狀視圖和橫向視圖 (資料來源：Proton Therapy Center, 2014)

圖 4 以質子束進行放射治療之矢狀視圖和橫向視圖 (資料來源：Proton Therapy Center, 2014)

依照 Proton Therapy Center(2014)說明，質子束 70%~80%的劑量將會被惡性腫瘤所接收，因此腫瘤周圍之正常組織所受到的傷害和影響較小，如圖 5 所示²⁴。再以腦癌病患為例，質子束攜帶的劑量會準確放置在惡性腫瘤所在區域，在到達病灶之前，對正常組織的傷害遠小於傳統放射治療法，並減低對人體正常組織造成不必要的傷害，如圖 6 所示²⁵。

放射治療設備的發展隨著科技進展，直線加速器設備已經取代早期使用的鈷

23Proton Cancer Treatment, “Advantage of Proton Therapy”, available at

http://www.proton-cancer-treatment.com/proton-therapy/advantages-of-proton-therapy (accessed 11 November 2014).

24Proton Cancer Treatment, “Advantage of Proton Therapy”, available at

http://www.proton-cancer-treatment.com/proton-therapy/advantages-of-proton-therapy (accessed 11 November 2014).

25Proton Cancer Treatment, “Treatment Step by Step”, available at

http://www.proton-cancer-treatment.com/proton-therapy/treatment-step-by-step (accessed 11 November 2014).

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-60 放射治療設備。直線加速器可以提供高能量 X-rays，治療病患體內較深層的腫 瘤同時也能夠降低對病患體表的傷害(廖漢文 2010;莊家銘等 2013)。由於臨床放射治療的需要，高階醫療系統生產製造廠商根據不同型態之癌症醫療需求設計出不同種類的放射治療設備，配合相關電腦輔助系統，提供患者最好的治療效果。

圖 5 質子放射治療法和傳統放射治療法之劑量分布差異示意圖 (資料來源：Proton Therapy Center, 2014)

圖 6 質子放射治療法和傳統放射治療法對人體正常組織傷害差異示意圖 (資料來源：Proton Therapy Center, 2014)

臺灣林口長庚紀念醫院質子暨放射治療中心列表針對不同型態放射治療技術說明優點和缺點。臺灣放射腫瘤醫學會則提供臨床累積的經驗與收費參考機制。

本研究將不同型態放射治療方法和技術整理，如表 1 所示²⁶^,²⁷。

質子放射治療法可以以一般門診預約方式進行治療，患者在治療前需要約 30~50 分鐘準備，一次治療的時間持續約 2~5 分鐘。整個療程根據腫瘤類型和大小不同平均為 4~8 周。質子放射治療法與傳統放射治療法相比，具有下列優點：

(1)對罹癌病患人體的腫瘤周圍之健康組織造成最小損害，減低治療腫瘤時對重要器官傷害的可能性，尤其以兒科(Noel et al. 2003; 穆向魁 2007;

Geenen et al. 2007; Timmermann et al. 2007)、眼科(Seddon et al. 1985;

Wilson et al. 1999; Gragoudas et al. 2000; Char et al. 2003)、腦部腫瘤

26林口長庚紀念醫院質子暨放射治療中心，不同放射治療技術比較表，

https://www1.cgmh.org.tw/intr/intr2/c33e0/guangzizhiliao.html#.VGTe1PmUeeQ (存取日期 2014/11/11)。

27台灣放射腫瘤醫學會，各類癌症放射治療比較表，http://www.tastro.org.tw/html/index.asp (存取日期 2014/11/12)。

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16

(Baumert et al. 2001; Merchant et al. 2008)與攝護腺(Benk et al. 1993;

Shipley et al. 1995; Nguyen et al. 2008)相關治療為主要應用。

(2)放射治療過程中，減輕患者承擔治療的痛苦；完成後，使患者能夠更快痊癒，放射治療療程結束後的不適應反應也比傳統放射治療法更低(宋世鵬 1995)。

(3)放射治療過程中以最大程度保護健康組織，準確消除病灶，降低惡性腫瘤二次增生的風險(Hall 2006; Schneider et al. 2006; Fontenot et al. 2009;

Newhauser et al. 2009; Taddei et al. 2009)。

(4)以最大的可能消除或破壞惡性腫瘤細胞，放射治療療程結束後患者存活與重獲健康之機率較傳統放射治療法高(Seddon et al. 1985; Geenen et al.

2007)。

(5)放射治療療程結束後患者不需要花費龐大的金錢費用於後續人力照顧和手術後護理相關之社會成本(MarketsandMarkets 2014)。

質子放射治療相關研究主要以治療方法和診斷效果(e.g., 許文林 1988; 宋世鵬 1995; Shipley et al. 1995; 王世禎等 2000; 李家敏與劉素文 2007; 成佳憲 2008; Dowdell et al. 2008; 黃國明等 2008; Fontenot et al. 2009）與劑量觀測(e.g., Benk et al. 1993; 李宗其等 1996; Zietman et al. 2005; 蔡宗孝 2009; 賴律翰等 2012a 2012b）為主。Daedal Research(2014)的研究報告整理質子放射治療以攝護腺癌(prostate cancer)、腦癌(brain cancer)、眼睛癌(eye cancer)、頭部與頸部癌(head and neck cancer) 、肺癌 (lung cancer) 、骨癌 (bone caner) 、淋巴瘤癌 (hodgkin lymphoma)、胰臟癌(pancreatic cancer)、兒童癌(pediatric cancer)、乳癌(breast cancer) 與腫瘤(sarcoma)為主要應用²⁸。

其次為設備特性(e.g., 吳國海 1994; 陳光耀等 1996; King et al. 2000; 吳嘉明等 2009a 2009b; 陳咨縈等 2009; 徐玉君 2013）以及技術應用相關介紹(e.g., Slater et al. 1991; 許文林等 1997; 唐勁天與黃宏濤 2004; 李文建 2005; 蔡文正等 2005;

賴宜君等 2010; 江祥輝等 2011; 葉世安等 2011; 洪儷中與張東浩 2013; 莊家銘等 2013）。

28Daedal Research, “Global Proton Therapy Market: Trends & Opportunities (2013~2018)”, available at http://www.slideshare.net/daedal/global-proton-therapy-market-ppt (accessed 1 March 2015).

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蔡詩婷(2004)以鼻咽癌做為研究標的，針對三度空間順形治療、強度調控放射治療、質子治療與合併光子質子治療四種治療技術之放射治療計畫(radiotherapy treatment plan)，以等劑量曲線(isodose curve)與劑量-體積關係圖(dose-volume histogram; DVH)做為比較工具，為選擇各期鼻咽癌之放射治療技術或放射治療計畫時提供參考。

廖漢文(2009)對質子放射治療醫學中心的建築成本、設備建置成本、營運成本(包含人事成本；公用事務成本；設備管理維護與服務成本；作業與行政管理費用成本；設備與工程整修費用折舊)、人才培育、定價策略、工作時數、捐贈單位是否長期補助與未來開放國際醫療等構面提出可行性評估。

表 1 不同型態放射治療技術比較表

質子刀 銳速刀 諾力刀 螺旋刀 電腦刀 伽瑪刀

Proton Knife RapidArc Novalis TomoTherapy CyberKnife Gamma Knife 射束種類 Proton beam X-rays X-rays X-rays X-rays γrays

設備種類

同步加速器+

立體定向定位

一般直線加速 器+平面光子 定位

旋轉型加速器

~電腦斷層掃 描立體影像定位

機械手臂式直 線加速器+多 點照射

特殊鈷-60 放射治療機器

協同裝置

標靶點狀掃描軟體 (target spot scanning)

三維順形治療軟體(3D conformal Arc)

強度調控軟體 (IMRT)

特殊計畫軟體 (Helical IMRT)

特殊計畫軟體特殊計畫軟體

機器精確度 ^優 ^佳 ^佳 ^佳 ^佳 ^優

治療範圍 (適應症)

全身，(一般身體各種腫瘤)

全身(40 cm)，(一般身體各種腫瘤)

全身(10 cm)，(頭頸部腫瘤)

全身，(多部位腫瘤、頭頸部腫瘤)

全身，(腦部、

脊隨腫瘤)

僅頭部(3 cm)，(腦部腫瘤)

放射治療所 需時間

2 分鐘~5 分鐘 < 5 分鐘 < 30 分鐘 < 30 分鐘 20 分鐘~2 小 時

< 30 分鐘

台灣臨床醫 學累積經驗

剛開始約 5 年約 7 年約 8 年約 15 年約 20 年

參考價格 (各醫院定 價不同)

臺灣目前是測試階段，國外收費約新台幣 150~250 萬元

健保部分給付、另收費新 台幣 4~5 萬元

健保部分給付、另收費新 台幣 15~25 萬 元

優點

固定及治療精準度最高

快速完成 360 度全弧形放射治療

適合治療小腫瘤

治療前使用電腦斷層定位

使用 X-rays 定 位可立刻修正誤差

固定及治療精準度高

缺點

設備價格昂貴，需要大型場地建置加速器

需要較長的時間完成治療規劃

治療範圍約 10 公分

無法立刻完全修正因位移造成之治療誤差

過程中定位次數多，治療時間長

僅能做頭部的治療

(資料來源：林口長庚紀念醫院質子暨放射治療中心;台灣放射腫瘤醫學會 2014)

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第三章全球質子放射治療設備產業分析

2013 年全球醫療器材市場規模大約是 3,280 億美元。2014 年預估可達到 3,461 億美元，年成長率為 5.5%。2013 年至 2016 年之年複合成長率預估為 6.1%。亦即全球市場規模可達到 3,914 億美元。主要的區域市場為美洲地區(市占率 45.2%)；

其次為歐盟地區(市占率 31.5%)；第三是亞太地區(市占率 21.0%)以及中東與非洲地區(市占率 2.3%)²⁹。

全球放射線治療設備年成長率約為 7.5％，檢視各區域市場提供的放射醫療服務，美國可以提供每百萬人口 11 部放射治療設備的治療服務，日本可以提供每百萬人口 6.8 部放射治療設備，臺灣與日本相似約為 6.1 部，法國為 5.7 部，英國為 3 部。但是新興國家如中國大陸僅能提供每百萬人口 1.1 部放射治療設備，印度更只有 0.1 部，預估未來 3 至 5 年中國、印度、印度尼西亞、巴西等新興國家將會是放射治療設備需求高度成長的潛在市場(Frost & Sullivan 2008; 莊家銘等 2013)。

根據 MarketsandMarkets(2014)的研究報告指出，2011 年至 2016 年，全球放射治療設備複合成長率達到 5.3%，2016 年總市值預估為 57.83 億美元。占所有放射治療設備最大部份是體外遠距離放射治療設備(市占率 81.5%)，其次是體內近距離放射治療設備(市占率 9.6%)；再者是體內放射治療設備(市占率 8.9%)³⁰。高能量加速器(high energy accelerator)占放射線治療設備整體市場規模的比例為 65%，

是質子放射治療設備中最重要的組成元件，預計至 2016 年將成長達到 37 億美元。

近年來人類的癌症發病率持續增加，已開發國家例如美國、日本和歐盟都選擇可以提供準確診斷與精確治療計劃之高階醫療系統取代傳統治療方法。

全球知名放射治療設備製造商有美國 Accuray、愛爾蘭 Covidien, PLC、美國 C.R. Bard, Inc.、比利時 Eckert & Ziegler BEBIG、瑞典 Elekta AB、英國 GE Healthcare、

比利時 Ion Beam Applications S.A.(以下簡稱 IBA Group)、美國 iCAD, Inc.、加拿大 Nordion, Inc.、美國 Theragenics Corporation、美國 Oncura, Inc.以及美國 Varian Medical Systems 等公司。

29王榛驛、池煥德、林怡欣、林淑綿、張佳雯、張慈映、黃裕斌、陳婉玲、蔡孟男(2014)，2014 醫療器材產業年鑑，財團法人工業技術研究院產業經濟與趨勢研究中心。

30MarketsandMarkets, “Radiotherapy Market by Products, Technology & Applications Till 2016”, available at

http://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/radiotherapy-monitoring-devices-market-567.html (accessed 23 August 2014).

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MEDraysintell(2013)研究報告顯示，1990 年全世界僅有少數醫學中心設置 8 間質子放射治療室可以提供放射治療醫學服務。2012 年已經有 43 座醫學中心可以提供 121 間質子放射治療室，質子放射治療室成長率達到 13%。但是與可以提供傳統放射治療法的醫學中心相比，僅占 0.9%。預估至 2018 年可以成長將近三倍達到 300 間治療室。隨著科技技術精進與改良，加速器的體積縮小、價格更經濟實惠，保守預估至 2030 年質子放射治療室將會以每年 10%穩定的成長達到 1,000 間質子放射治療室，質子放射治療設備市場規模將會達到 25 億美元。隨著全球癌症病患快速增加，MEDraysintell 預估，質子放射治療室將會以每年 14%的成長達到 1,500 間質子放射治療室，質子放射治療設備市場將可以達到 50 億美元³¹。

質子放射治療設備製造商主要為比利時 IBA Group(市占率 29%)、美國 Varian Medical Systems(市占率 14%)、日本 Hitachi America, Ltd.(市占率 8%)，其他廠商為美國 Accuray、英國 Advanced Oncotherapy PLC、加拿大 Best Particle Therapy、

美國 Compact Particle Acceleration Corp.(CPAC)、瑞典 Elekta AB、美國 Mevion Medical Systems、日本 Mitsubishi Electric、美國 Optivus Proton Therapy、美國 ProNova Solutions、美國 ProTom International、德國 Siemens AG、日本

Sumitomo Heavy Industries

以及日本 Toshiba 等公司。

目前一座質子放射治療醫學中心平均得造價為 3,000 萬~1.5 億美元³²^,³³。由於質子放射治療是一項價格昂貴的醫療服務，本研究根據「國內生產毛額」(gross domestic product; GDP)、「家庭收入」(houshold incomes)以及「可支配收入」

(disposable incomes)等宏觀經濟指標；選定美國、歐盟、日本以及中國大陸四大主要區域市場進行市場概況說明和闡述。

第一節美國質子放射治療設備產業

美國是全球最大的醫療器材市場³⁴，2013 年市場規模達到 1,270.9 億美元，占全球醫療市場 39.5%，預估至 2016 年可以達到 1,511.1 億美元。美國的總人口數將

31MEDraysintell, “Proton Therapy World Market Report–Edition 2013”, available at

http://www.medraysintell.com/attachments/File/MEDraysintell_-_Proton_Therapy__Report_Edition_2013-TOC.pdf (accessed 16 November 2014).

32Compact Particle Acceleration Corp.(CPAC), “Why CPAC?”, available at http://www.cpac.pro/whycpac.html (accessed 23 November 2014).

33ProNova, “The ProNova Difference”, available at http://pronovasolutions.com/the-pronova-difference (accessed 23 November 2014).

34王榛驛、池煥德、林怡欣、林淑綿、張佳雯、張慈映、黃裕斌、陳婉玲、蔡孟男(2014)，2014 醫療器材產業年鑑，財團法人工業技術研究院產業經濟與趨勢研究中心。

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近 3.17 億，占全球總人口數 4.4%，僅次於中國和日本，每人平均 GDP 為 5.1 萬美元。美國全國醫療整體支出為 29,782 億美元，每人平均醫療支出為 9,396 美元，

醫療器材的進口比重達到 30.4%。

2010 年美國國會通過由總統 Obama 提出「病患保護與平價醫療」(Patient Protection and affordable Care Act)法案，美國人民均被強制納入健康保險，並可以獲得最多 9.5%的健康保險支出補助。2012 年開始，美國聯邦政府推動新醫療政策提升醫療品質，醫療保險開始提升基層醫療服務，間接增加對醫療器材產品的需求，進而帶動整體市場的成長(張慈映等 2014)。

美國的高階醫療系統主要由國內廠商所提供，也大量出口至全球市場。2013 年診斷影像類產品占整體國內醫療器材市場比例達 30.7%，主要類別以電子影像診斷類產品(67.1%)、醫療用放射影像系統產品(21.8%)與其他診斷影像用零件及配件(11.1%)。1954 年美國 University of California, Berkeley Lawrence Berkeley National Laboratory(LBL)嘗試以質子束作為臨床癌症治療應用的可行性³⁵。

1961 年 The Harvard Cyclotron Laboratory(HCL) 與 Massachusetts General Hospital(MGH)開始共同進行臨床治療試驗。1990 年美國 Loma Linda University Medical Center(LLUMC)首先建立 Proton Therapy Treatment and Research Center 並開始使用質子放射治療設備³⁶，1992 年開始治療病患，主要以攝護腺癌為主。

Proton Therapy Center(2013)網站資訊說明³⁷，將美國的 13 座質子放射治療醫學中心，其所使用的粒子形式與加速器的最大能量作詳細的介紹。如表 2 所示，

美國的放射治療設備全部以使用質子束為主要放射治療方法。最大能量「百萬電子伏特」(million electron volts; MeV)可以提供 200MeV、230MeV、235MeV 與 250MeV 等四種形式。

本研究整理相關文獻，從 1990 年至 2014 年，美國總共有 14 座質子放射治療醫學中心(西部 3 座、中部 2 座、東部 9 座)正在營運。有 10 座(西部 1 座、中部 2 座、東部 7 座)正在建置施工，另有 21 座正在評估規劃。全美質子放射治療

35Preuss, P. (2010), “The Promise of Ion Beam Cancer Therapy”, available at http://newscenter.lbl.gov/2010/10/18/ion-beam-therapy (accessed 6 November 2014).

36洪儷中、張東浩(2013)，淺談質子治療現況與展望，教研與創新季刊，第六期，頁 27-29。

37Proton cancer treatment, “Operating Clinical Proton Centres”, available at

http://www.proton-cancer-treatment.com/proton-therapy/proton-therapy-around-the-world/operating-clinical-proton-centres (accessed 30 October 2014).

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醫學中心的分佈。如圖 7 所示。

表 2 美國質子放射治療醫學中心使用粒子形式與最大能量一覽表

地區編號時間 質子放射治療醫學中心全名/設立地點 粒子形式最大能量

美國

1 1992

The James M. Slater, M.D. Proton Treatment and Research Center at Loma Linda University Medical Center (LLUMC) in Loma Linda, CA

Proton

Scattering 250MeV

2 2001

The Francis H. Burr Proton Therapy Center (NPTC), Harvard University, at Massachusetts General Hospital (MGH) in Boston, MA

Proton

Scattering 230MeV 3 2004 The Midwest Proton Radiotherapy Institute (MPRI) at Indiana

University Health Proton Therapy Center in Bloomington, IN Protons 200MeV 4 2006 The M.D. Anderson Cancer Center’s Proton center at University of

Texas in Houston, TX

Partitial Protons Scanning

250MeV

5 2006 University of Florida Health Proton Therapy Institute (FPTI) in

Jacksonville, FL Protons 230MeV

6 2009 ProCure Proton Therapy Center (ProCure) in Oklahoma City, OK Protons 230MeV

7 2010 The Roberts Proton Therapy Center (Penn Medicine) at University of Pennsylvania in Philadelphia, PA

Mainly Proton Scattering

230MeV

8 2010 Hampton University Proton Therapy Institute (HUPTI) in

Hampton, VA Protons 230MeV

9 2010 CDH Proton Center in Warrenville, IL Protons 230MeV

10 2013 Princeton Radiation Oncology and CentraState Healthcare System

(ProCure) in the Somerset, NJ Protons 230MeV

11 2013 Seattle Cancer Care Alliance (SCCA) Proton Therapy, A ProCure

Center in Seattle, WA Protons 230MeV

12 2013 S. Lee Kling Center for Proton Therapy at Barnes-Jewish Hospital

in St. Louis, MO Protons 250MeV

13 2013 Scripps Proton Therapy Center in San Diego, CA Protons 230MeV

(資料來源：Proton Therapy Center, 2013)

圖 7 美國質子放射治療醫學中心設置分布圖 (資料來源：Proton Therapy Center, 2013)

美國主要的質子放射治療設備生產廠商為 Varian Medical Systems(市占率 14%)、Hitachi America, Ltd.(市占率 8%)，其他廠商為 Accuray、Compact Particle Acceleration Corp.(CPAC)、Mevion Medical Systems、Optivus Proton Therapy、

ProNova Solutions 以及 ProTom International 等公司。

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Varian Medical Systems 近年來與臨床醫學專家和科學領域學者跨領域合作，

持續不斷精進質子放射治療相關技術，是質子放射治療設備市場的領導品牌。該公司提供 ProBeam^®整體質子放射治療解決方案，其硬體組成包括(1)一套超導迴旋加速器和能源選擇系統(a superconducting cyclotron and energy selection system)、

(2)一套質子束傳輸系統(a beam transport system)、(3)一套旋轉式機座和仰臥式固定質子束治療室(a rotational gantry and horizontal fixed beam treatment rooms)；軟體組成為 (1)ARIA^®腫瘤成像資訊系統 (imaging enabled by the ARIA^® oncology information system)、 (2)病患精準定位，安全和控制系統 (sophisticated patient positioning, safety and control systems) 以及 (3)Eclipse^™放射治療計劃系統 (the Eclipse^™ treatment planning system)。該產品特色是整合(1)Dynamic Peak

™

主動掃描式治療傳送(active scanning with Dynamic Peak

™

treatment delivery)與(2)呼吸律動閥控式器官移動控制(respiratory gating for organ motion)以期達到強度調控放射治療(intensity modulated radiation therapy; IMRT)的效果。該公司迄今提供超過 6,000 個直線加速器(linear accelerator)設備給全球放射治療醫學中心³⁸。

Hitachi America 擁有超過 20 年質子放射治療設備製造的相關經驗，包括醫學中心設計，建置質子加速器之核心元件與技術。該公司擁有 PROBEAT^™整體質子放射治療解決方案，系統可以提供被動和離散式點狀掃描治療室(passive and discrete spot scanning treatment rooms)，此技術已經獲得美國食品藥物管理局(U.S.

Food and Drug Administration; FDA) 批准使用在癌症治療的相關應用。

Mevion Medical Systems 的質子放射治療整體解決方案包含 (1)HYPERSCAN^™，該掃描技術是以該公司自行開發之 Mevion 250 提供「整合式光學防抖臨床精簡工作流程」(streamlined clinical workflow with full optical image stabilizer (OIS) integration)、具有「高精度次毫米定位追蹤筆尖式掃描系統」

(high-accuracy beam pointing with submillimeter position tracking)、以及「快速體積和層級重新掃描」(fast volumetric and layer rescanning capabilities)等功能，以期達成強度調控放射治療的效果、(2)一座使用 TriNiobium Tin (Nb3Sn)超導金屬化學合成物的「超導同步迴旋加速器」(superconducting synchrocyclotron)。其核心技術

38Varian Medical Systems, “Proton Therapy, Overview, Technology, and Techniques”, available at http://www.varian.com/us/oncology/proton (accessed 23 November 2014).