目前我国开展的肿瘤粒子放疗技术主要包括质子治疗和碳离子治疗。迄今为止，我国已有21家医疗机构获重离子质子放疗系统准予许可，其中7家为重离子放疗系统。武汉大学重离子医学中心，作为我国华中地区首台重离子放疗设备也将在不久后投入运营。在“十四五”期间，全国重离子质子放射治疗系统配置规划数新增8台。
粒子放疗的机理及相对于传统光子放疗的优势
粒子放疗是使用高能加速器将带正电荷的粒子加速到大约0.7倍光速，再通过束流传输线，将粒子束引入到肿瘤部位。粒子放疗具有布拉格峰，可使大部分能量在肿瘤组织集中释放，而肿瘤前后和周围正常组织受量很低。因此，粒子放疗具有提高肿瘤靶区剂量和降低正常组织剂量的独特剂量学优势。生物效应方面，质子束属于低线性能量传递（LET）辐射，相对生物效应 （RBE）为固定常数1.1，氧增强率（OER）约为 2.5-3.0。重离子RBE大概在2-5之间，OER接近1。高 RBE和低 OER值是高LET重离子束的生物学特性。因此，质子束的优势主要体现在剂量学方面。此外，质子射线造成的DNA 损伤是单链断裂，而重离子射线主要是双链断裂，故重离子放疗的杀伤力更大，对于部分光子甚至质子射线抵抗的肿瘤以及乏氧型肿瘤有着更好的效果，对G0、S期不同时期细胞均有很强杀伤效应，放射敏感性差异小。但重离子放疗穿透肿瘤组织后，会残留一部分能量到病灶后方组织，对正常组织的损伤可能会比质子治疗高一些。
粒子放疗在部分常见恶性肿瘤中独特的优势
研究发现，在大多数肿瘤中，粒子放疗和光子放疗生存预后没有显著差异，但前者不良反应的发生率明显下降。而对特殊类型癌症（如腺样囊性癌）和特殊部位肿瘤（如靠近脑干、脊髓等）的放疗，粒子放疗有独特的优势。
肺癌
碳离子治疗对早期肺癌的局控率和生存率均优于质子和SBRT。对于不可切除局晚期NSCLC，质子放疗同步含铂化疗的生存预后远优于同期发表的传统放疗同步化疗相关研究，放射性肺炎和食管炎等不良反应发生率明显降低。但也有研究认为，粒子放疗与普通光子放疗相比，仅改善了心脏的剂量-体积指数，未改善肺的剂量-体积指数。整体来说，粒子疗法在局晚期NSCLC中显示出有希望的疗效和可接受的毒性。此外，粒子放疗还可改善具有基础特发性肺纤维化的肺癌患者生存。
食管癌
调强质子治疗与调强放疗相比，显著降低食管鳞癌特异性和全因死亡率，并降低放疗相关不良反应。此外，质子放疗期间患者淋巴细胞计数维持良好，有助于维持宿主免疫，改善生存。
儿童肿瘤
儿童肿瘤光子放疗时容易出现生殖功能障碍、心脏损害、第二原发癌等并发症。质子治疗能够更好地保护耳蜗、海马、脑干等正常脑组织，降低放射线对儿童生长发育的抑制和第二原发癌发生概率，在儿童肿瘤放疗中具有明显的优势和价值，已经成为治疗儿童肿瘤的主要选择。
头颈肿瘤
功能保留是头颈肿瘤重点关注的问题，质子治疗在保护唾液腺、咽喉、视神经等复杂结构方面具有优势，可有效降低口腔黏膜炎、吞咽困难、管腔狭窄等不良反应发生率。此外，对于腺样囊性癌、嗅神经母细胞瘤等头颈非鳞状细胞癌，放射敏感性低，粒子放疗可能是实现高剂量照射、提升局部控制效果的理想治疗方案。
颅脑肿瘤
对于低级别胶质瘤、脑膜瘤、胶质瘤等脑肿瘤患者，粒子放疗可以降低脑部正常组织的毒副作用，避免认知功能障碍，也可用于复发性脑肿瘤患者的再程放疗。有研究发现对于实体瘤脑膜转移的患者，粒子放疗对比常规调强放疗同样可以改善生存。
乳腺肿瘤
乳腺癌患者生存期长，治愈肿瘤的同时，治疗相关远期不良反应也不容忽视。乳腺癌患者放疗，肺癌风险增加1.66 倍，食管癌风险增加2.17 倍。40 岁以下患者，对侧乳腺癌风险增加 2.5 倍。心脏辐射剂量每增加 1 Gy，心血管事件发生率升高 7.4%。光子放疗时，乳腺肿瘤放疗靶区附近的心、肺最高照射剂量近 40Gy，而质子放疗时几乎不受射线照射。几乎所有乳腺癌都能从粒子放疗中获益，尤其是左侧乳腺癌、内乳淋巴结区域或锁骨上淋巴结区域需要照射的患者以及年轻或有心血管危险因素的患者受益显著。
腹盆腔肿瘤
质子治疗与光子放疗相比，可减少胃十二指肠、小肠、结直肠、卵巢等重要器官的辐射暴露，但肠道气体、内部器官运动和硬件植入(如髋关节置换)等因素增加了腹盆腔器官治疗的不确定性。缺乏高质量成像也限制了粒子治疗的广泛应用。尽管如此，仍有大量研究证实粒子放疗在肝癌、胰腺癌、妇科肿瘤、前列腺癌等腹盆腔肿瘤的可行性。其中肝癌更是美国放射肿瘤学会指定的质子治疗最高优先级的重要适应症。原则上，适合光子放疗的肿瘤基本都适合粒子放疗，若不考虑费用问题，粒子放疗将是大多数肿瘤患者的首选局部治疗方案，而若考虑常规放疗引起的毒性治疗费用，质子治疗也可能更具成本效益。但目前临床上粒子放疗费用相对较高且资源有限，一般优先考虑预后较好，生存期长，更能从粒子放疗中获益的患者。
新药物时代粒子放疗的优势和未来发展的方向
粒子放疗具有显著的物理和生物学优势，通过布拉格峰精准高效定点清除肿瘤病灶同时有效保护周围正常组织。重离子治疗对传统放疗抵抗和乏氧的恶性肿瘤也展现出良好的杀伤效果。免疫治疗时代，粒子放疗可以诱导更强的突变和染色体畸变，降低放疗诱导的淋巴细胞减少症发生率，较高的免疫刺激与较低的免疫抑制相结合，使其作为免疫增敏剂较光子放疗也更有优势。
尽管目前粒子放疗存在设备成本高、技术难度大等挑战和限制，但相信未来随着多学科协作和综合治疗的普及，FLASH超高剂量率照射、迷你束等放疗技术的发展以及小型化和多粒子化粒子放射治疗设备的研发，将进一步拓宽粒子放疗的适应症范围，推动粒子治疗学科的建设和发展，对促进国内粒子放疗事业的繁荣具有深远的意义。
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