粒子线治疗可分为若干种类，目前治疗中使用的只有质子线和重粒子线这两种。在日本，质子线治疗始于1979年，首先是在放射线医学综合研究所（放医研）开始临床研究。之后，筑波大学质子线医学利用研究中心于1983年也开始进行临床研究。

日本的重粒子线是1994年首先在放医研开始的临床试验，然后一步一步走到今天。虽然重粒子线的治疗研究历史不过二十几年，但是日本在这方面所取得的成果无论是在量上还是在质上都位居世界首位（图5）。

虽然放医研附属的“重粒子医科学中心”是拥有住院设施的医院，但是在这里进行的治疗也被定位为科研活动的一环。由于临床研究成果显著，于2003年被日本厚生劳动省认定为“（高度）先进医疗”疗法，重粒子线治疗的疗效终获认可。

从2003年被认定为“（高度）先进医疗”开始至2016年8月，13年间在放医研登记的重粒子线治疗患者达到了约1万人（先进医疗和临床试验患者数合计，图6）。

随着治疗成果不断提升，重粒子线治疗的社会认知度也可以说是飞速提高。其结果是2016年4月，“不适合手术切除的骨与软组织肿瘤”的重粒子线治疗被纳入日本健康保险适用范围。笔者感慨良多，重粒子线治疗终于走到了今天！虽然被纳入保险适用范围的还只是一小部分病种，但是对于很多患者来说医疗费负担可以因此得到大幅减轻，患者可以得到真正的实惠。

“骨与软组织肿瘤”是发生在骨组织上的“骨肿瘤”和发生在肌肉、神经、脂肪、血管等软组织上的“软组织肿瘤”的总称。这种肿瘤的发病率约为“每年10万分之1～3”，较为罕见，但是这种统计数据对于患者来说可以说是毫无意义，因为对于每一位患者而言，这种病都是发病率100%。

在骨与软组织肿瘤的治疗方法上，一般会根据患者病情而采取手术、化疗、放疗等疗法。如果肿瘤发生在体部，大范围手术切除往往会使患者失去身体的一部分功能。但是，如果采取重粒子线治疗，则有非常高的可能性能够保留患者身体器官的功能，也可以保障患者的生存质量。

笔者非常肯定，重粒子线治疗在保障患者生存质量方面是非常有效的治疗手段，因为重粒子线具有治疗本身没有疼痛、短时间内即可回归工作、身体器官功能损伤小等特点。

那么，这种能够给癌症患者带来这么多好处的重粒子线治疗，到底是一种什么样的治疗方法呢？

稍微往前追溯一下，重新回顾一下较早前介绍过的内容。放射线主要包括以下两种：

（1）与光和电波同类的光子线：X线、伽马线等。

（2）电子、质子、中子、原子核形成束流的粒子线：电子线、α射线、中子线、质子线、重粒子线等。

这里我将对（2）进行一下说明。

所有物质都是由原子构成的。图7是原子构造的简要示意图。原子的构造是以原子核为中心、周围环绕电子的一种构造，原子核是由质子和中子构成的。

将构成原子的电子和质子在加速器中加速到非常高的速度后会形成粒子线（放射线的一种）。中子由于不带电荷，无法被直接加速，但是可以通过加速其他粒子并使其发生碰撞而间接生成中子线。电子的高速束流是电子线，质子的束流被称为质子线（图8），加速比质子质量更重的原子核所形成的放射线就是重粒子线。

为了在加速器中加速粒子，首先要将电子从原子中剥离，使得原子成为带电荷状态（离子状态）。将碳、氖等原子的带电原子核加速到光速的70%～80%左右所形成的就是重粒子线。

前文中提到过，重粒子线中有氦离子线、碳离子线、氧离子线、氖离子线、氩离子线等多个种类。这其中，碳离子线是加速碳素原子核所形成的，业界习惯用“重粒子线”来专指碳离子线，本书也遵循此惯例将碳离子线称为“重粒子线”。

图9显示的是原子核的质量比。原子核越重，加速时所需要的能量越大，加速后生成的重粒子线的杀伤力也就越大。重粒子线对癌细胞的攻击破坏力是传统放射线的2～3倍。

放射线治疗的目的是切断癌细胞的双螺旋DNA结构。

X线和质子线一般多是对癌细胞的DNA造成单链断裂损伤，而重粒子线却能对癌细胞的DNA造成更多双链断裂损伤。因此，重粒子线的肿瘤细胞杀灭效应更强，而重粒子线之所以具有这种能力是因为重粒子线具有更高的能量释放（图10）。

从体外照射X线或者伽马线的时候，这些射线在身体表面附近释放最大能量，然后随着在体内的行进，能量不断衰减。因此，从单一方向照射时，如果想对体内深处的肿瘤造成充分打击，就不得不对较浅部位的正常细胞造成更大损伤。最近开发出来的从多个方向上照射肿瘤的“调强放射治疗”和“立体定向放射治疗”等技术，就是为了改善剂量分布而进行的尝试。

但是，质子线和重粒子线等粒子线则具有不同的性质，这些粒子线根据其能量不同可射到人体内不同的深度（射程），在其射程终端附近急速释放出大量能量并停止。这种现象被称为“布拉格峰”。由此，如果通过加速器调节粒子的能量，使得粒子线正好停在肿瘤部位的话，就可以实现只杀伤癌细胞，而对从体表到肿瘤位置的路径上的正常细胞不会造成更多的伤害（图11）。重粒子线治疗之所以副作用少，正是因为重粒子线具有这种特殊性质。

实际的肿瘤在深度方向上会有一定的厚度，为了使重粒子线对肿瘤形成均匀照射，需要一道工序将原本较窄的布拉格峰按照肿瘤的厚度进行扩展。这种粒子线束流的形状被称为“扩展布拉格峰（SOBP）”（图12）。

图13显示的是重粒子线和传统放射线对肿瘤进行照射时的区别。传统的X线在身体表面附近部分的剂量最大，随着在体内的行进过程而逐渐衰减，并且会穿透肿瘤继续行进，这会对肿瘤周围的正常组织造成额外的损伤。卷首图10比较了肺癌治疗中的X线和重粒子线的剂量分布和剂量聚集性。

重粒子线的特性如上所述，在实际治疗中还会使用被称为“补偿器”（bolus）的过滤器使束流形状和肿瘤形状相吻合，这样可以尽量减少周围正常组织的损伤，只瞄准肿瘤本身进行照射。

图14比较了重粒子线、质子线、X线这三种放射线疗法的特性（卷首图3、卷首图4）。和传统X线、伽马线相比，质子线的肿瘤细胞杀灭效应基本相同，只是在剂量聚集性上，质子线优于传统X线和伽马线。

重粒子线不容易发生偏离且横向辐射（散射）比质子线少，其肿瘤细胞杀灭效应（生物学效应）可以达到质子线的2～3倍。

关于图14中“对于乏氧肿瘤的效果”一项，我们简要说明一下。前文曾经说过，细胞分裂活跃的癌细胞对于放射线具有较高的感受性。支持细胞活跃分裂的是细胞中的氧气，通过放射线照射可以产生破坏细胞的活性氧簇，从而对癌细胞进行打击。

随着恶性肿瘤继续发展，在细胞反复分裂的过程中，肿瘤体积会逐渐变大，肿瘤组织的中心部分会出现坏死。这时，氧气无法到达肿瘤组织中心的坏死部分，癌细胞进入乏氧状态。癌细胞是非常顽强的生物，即使处于乏氧环境中依然可以继续生长，而一般的放射线对于这种乏氧癌细胞的杀伤效果会显著下降，质子线或X线很难对付这种乏氧肿瘤。在这点上，重粒子线则不然——即使对于乏氧肿瘤，重粒子线的致死效果一般也不会降低。

一般的放射线治疗是对处于分裂期的癌细胞进行照射才有较好效果，分裂频率越高的癌细胞，我们说它“放射线敏感性越高”，就是放射线治疗效果更好的意思。图14中提到的“传统放射线抗拒性肿瘤”，指的是放射线敏感性低、分裂频率低的恶性肿瘤，然而即使是这种肿瘤，重粒子线的肿瘤细胞杀灭效应也基本保持不变（图15）。

对于X线抗拒性肿瘤（腺癌、腺样囊性癌、恶性黑色素瘤、肉瘤等），重粒子线治疗具有显著的有效性，这正是2003年10月日本厚生劳动省将重粒子线认定为高度先进医疗技术的原因。

重粒子线治疗中，最大限度地发挥其特性的各种技术已被逐渐研发出来，这让我们倍感欣慰。研发不断取得进步，正是因为重粒子线癌症治疗被寄予了巨大的期待。反过来说，接受重粒子线治疗的患者越多，技术研发就会走地越快，患者就可以受益更多，这样就能形成一种良性循环。

那么，重粒子线治疗中有哪些照射技术在背后支撑着这种最新医疗方法呢？请大家继续看第3章。