當前世界各國多數腫瘤治療中心所使用外放療裝置是兆伏特級高能光子和電子，射線在射入機體組織時，腫瘤旁正常組織受量均高于腫瘤所受劑量，即便采用三維適形或調強放療技術腫瘤旁正常組織仍受到較高的劑量。腫瘤周圍重要器官和組織（如腦、腦干、腮腺、顳頜關節(jié)、脊髓、氣管、腎臟、膀胱和直腸等）受到輻射，可能產生一定的近期和遠期并發(fā)癥和后遺癥。這些放射并發(fā)癥和后遺癥，不但嚴重影響患者生存質量，且也使患者為治療這些并發(fā)癥而不得不付出昂貴醫(yī)療費用。有時為了使腫瘤周圍正常器官和組織的受照射量不超過其所允許耐受劑量，不得不減低腫瘤照射劑量，致使腫瘤局部控制率降低。

1.質子輻射特點：

質子照射組織時產生的相對生物效應（RBE）為1.1，和光子相似或略高于光子。但質子有其獨特的物理學特點：（1）質子的質量較大，側向散射�。唬�2）一定能量的質子束進入人體組織時，在一定深度會產生一個急劇上升的Bragg峰；在形成Bragg峰之前，是一個低平坦段，而在Bragg峰后面，其能量則驟降為零；Bragg峰的深度是能量依賴的，因此通過調節(jié)質子射束能量，并且按不同腫瘤大小恰當地擴展峰的寬度，可使高量區(qū)集中在不同深度和大小的腫瘤部位(圖1)。

圖 1  不同能量的電子線、X線和質子束的百分深度量曲線

2.質子治療腫瘤優(yōu)勢：

（1）即使只用一個照射野，腫瘤前方的正常組織所受到的照射劑量也明顯地低于腫瘤所受到的劑量，而腫瘤周圍和后方組織所受劑量幾乎為零，因此可簡化放療計劃的設計；（2）質子在達到腫瘤靶區(qū)途徑中，所經過的某些重要器官和組織受到照射劑量比光子低得多，因此有更多投照角度可供選擇；（3）質子治療也可采用三維適形和調強放療技術。用質子做三維適形和調強放療計劃設計時，所需照射野比光子和電子的少得多。因此可降低體內正常器官和組織受到照射的總的體內放射積分量，以減少正常器官和組織損傷和因放射治療引起的第二個腫瘤幾率，這一點在兒童腫瘤治療中尤為重要。

3.國外質子治療發(fā)展概況：

1946年Wilson首先提出質子醫(yī)學應用設想。1954年Tobias等人在美國加州大學Lawrence Berkeley實驗室(LBL)進行世界上第1例質子治療。此后瑞典Uppsala大學（1957年）、美國哈佛回旋加速器實驗室(HCL、1961年)、前蘇聯（Dubna、莫斯科、Gachina研究所，1968—1975年）相繼開展了質子治療的臨床研究。美國麻省總醫(yī)院（MGH）和哈佛回旋加速器實驗室（HCL）（1975年）聯手用質子治療眼球脈絡膜黑色素瘤、顱底軟骨瘤、脊索瘤、前列腺癌。日本國立放射醫(yī)學研究所在1979年開始也進行了腫瘤質子治療。20世紀80年代后期開始，日本筑波大學質子醫(yī)學研究中心(PMRC)，在肝癌、食道癌、肺癌等內臟器官腫瘤上做了大量臨床研究工作。此后，又有瑞士、瑞典、英格蘭科學家們加入這一研究行列。以上所述質子治療都是利用高能物理實驗室裝置，體積龐大、費用昂貴。1991年美國Loma Linda大學醫(yī)學中心(LLUMC)首先啟用了專為醫(yī)學設計的質子裝置。此裝置體積大為縮小，費用也明顯減低，且適用于不同部位腫瘤照射，正式宣告質子治療進入臨床醫(yī)學領域，使這一技術發(fā)展向前邁進了一大步。1986年成立了第一個國際性粒子治療協作組(particle therapy co-operative group，PTCOG)，每年召開二次會議，從2007年開始改為每年一次，進行世界范圍內的質子課題合作研究。根據PTCOG 2006年04月底公布的材料，目前已有美國、日本、俄羅斯、德國、瑞士、瑞典、英國、法國、南非、加拿大、意大利、中國的26個中心正在開展質子治療工作，已治療患者41，000余例。美國Loma Linda大學醫(yī)學中心網站報道，該中心從1990年10月開始治療第1例至2006年4月底已用質子治療了10，872例患者。目前正在籌建質子裝置的尚有美國、德國、瑞典、韓國、意大利、南非、法國、澳大利亞的13個質子治療中心。

4、質子治療在中國的發(fā)展概況：

我國腫瘤學界非常重視質子治療技術發(fā)展，20世紀90年代初期開始，我國陸續(xù)有醫(yī)師、物理研究人員到美國、歐洲、日本等國學習質子治療的臨床、基礎和物理等技術或攻讀博士學位及從事博士后研究。1995年國家科委啟動了國家攀登計劃“核醫(yī)學與放療中先進技術的基礎研究”，明確了中國發(fā)展先進放療技術基礎研究的戰(zhàn)略，論證了在中國發(fā)展質子治療技術的必要性和可行性。

為進一步促進該技術在中國的發(fā)展，1999年中國科學院高能物理研究所質子治療技術研究組邀請了部分專家撰寫了《質子治療技術基礎》一書，著重介紹了質子治療技術的有關基本原理、治療裝置、計算方法和有關技術。2004年北京質子醫(yī)療中心（籌備處）組織了腫瘤醫(yī)學、高能物理、醫(yī)學工程、環(huán)境保護、輻射防護等領域的專家編寫了《腫瘤質子治療學》一書，旨在使國內放射腫瘤學界學者們，全面了解質子治療發(fā)展歷史、有關物理學和生物學基礎、治療裝置及臨床治療結果。國內有數個單位正在積極地考慮籌備質子裝置建立。1989年蘭州近代物理所建立了蘭州重離子研究裝置，1995年開始了重離子治療腫瘤的研究工作。2004年11月，國內第1臺醫(yī)用質子治療系統(tǒng)在山東淄博萬杰醫(yī)院建成并應用于臨床，質子束能量在70MeV-230MeV之間連續(xù)可調，有Gantry和水平固定束兩個治療室。至今已治療2000多例腫瘤患者。該院有兩位醫(yī)師參加了2005年12月在德國召開的第43屆國際粒子治療腫瘤協作組會議（PTCOG），并報告論文，得到好評。在這次會議中，有5個國家（美、中、意、韓、德）提出了對2007年的第46屆PTCOG 會議的主辦權申請，經過激烈的角逐，大會組委會決定該次大會在我國山東淄博市召開。這將對我國質子治療工作有很大的促進作用。 

5、質子和光子放療腫瘤性價比：

由于質子治療腫瘤具有上述放射物理學特點，從理論上來說，凡是適合放療患者，均可進行質子治療。2005—2006年歐洲國家連續(xù)發(fā)表了至少5篇文章，對乳腺癌、前列腺癌、頭頸部腫瘤、兒童髓母細胞瘤和眼內黑色素瘤等用質子和光子放療進行了性價比分析，認為由于質子治療腫瘤的并發(fā)癥低，考慮到以后處理放射性并發(fā)癥所需支出的總醫(yī)療費用，特別是對于兒童髓母細胞瘤，質子治療所需付出的總醫(yī)療費用要比光子低。

總之，質子是一種新型的放療裝置，和目前廣泛使用的高能光子和電子相比，質子能使放射線的能量更好地集中在所需要治療的腫瘤靶區(qū)，而避開周圍的正常器官和組織。因此可使腫瘤得到足夠劑量照射，提高腫瘤局部控制率，同時可大大降低正常器官和組織放射并發(fā)癥。在用質子治療腫瘤時，高劑量區(qū)和低劑量區(qū)的界限比光子更明確，因此對靶區(qū)勾畫、放療計劃設計、體位固定、質量控制和質量保證等要求均需更為嚴格。