1946年，美国人Wilson提出质子治疗建议。1990年，全球建成笫一个Loma Linda专用质子治疗中心。据报道，1990年1月至2013年8月的20年间，质子治疗室由8个增加到121个，年增长率13%，共计15倍。2013年9月，全球有43个质子(含碳离子)治疗中心，占全球常规放疗系统09%的份额。预计到2030年，全球将有1 500个粒子治疗室。

相比X射线、γ射线和电子射线治疗，质子治疗具有公认的优越性。碳（重）离子治疗的物理性能和生物效应皆优于质子，但其本身存在一些缺点，如分裂效应、冷点和后效应，以及治疗病例太少和价格昂贵等因素，阻碍进一步的推广。因此，在今后相当长的一段时间内，X射线等和质子重离子将以各自的优势，呈动态非对称的三足鼎立之势。

一、 粒子治疗的物理基础

1. 质子布拉格峰和扩展布拉格峰：高能质子进入人体后，剂量随深度的变化关系是呈现先缓慢上升后变快，直到峰值，即布拉格峰，一过峰值即急速下降而趋于零。治疗时，将峰值部分对准肿瘤病灶处，肿瘤能接收最大剂量值。肿瘤前正常细胞包括皮肤只受到1/3～1/2的最大剂量值，肿瘤后部正常细胞或敏感器官基本上不受辐射伤害。这个质子束布拉格峰和其经人工扩展后的扩展布拉格峰曲线（SOBP）是质子治疗的物理基础。

人体内肿瘤有不同的纵向厚度，散射治疗时必须使质子束扩展布拉格峰的宽度和肿瘤的纵向厚度完全相同，才能避免肿瘤前后的正常细胞受害。实际上，肿瘤的纵向厚度是随肿瘤的不同横向坐标而变化。为满足适形治疗目的，专门开发了散射治疗补偿器(bonus)等专用工具。同样，为了保护毗邻肿瘤的敏感器官，必须将最高能量的质子束能谱调到尽可能狭窄，将后沿剂量下降部分做得很陡，以确保敏感器官不受伤害。

2. 质子束散射和铅笔束点扫描的横向扩展：为了将半径只有几个毫米的加速器引出质子流在横向能扩展到整个肿瘤的横向截面，早在20世纪60年代人们就已知散射和扫描两种扩展原理。1996年前只用被动散射法，创建出单散射、多散射、摆动法等多种散射法。1996年11月，瑞士保罗谢勒研究所（PSI）首先创建静态点扫描治疗法后，美国MD Anderson癌症中心和美国麻萨诸塞省总医院（MGH）等提供的众多治疗实例显示，扫描法比散射法有更多优点。近年来，点扫描有取代散射法之趋向。因此，如何正确选购散射和扫描法治疗设备，成为一个新的难题。

纵观2015年底质子治疗界，出现以下几种趋势：一是美国Varian Probeam系统和日本HitachiProbeat系统宣布不再用散射法，全部采用点扫描法；二是最新开发的Mevion和Protom紧凑式系统仍保留散射法；三是众多Iba系统中不少还在用散射法，但逐步计划部分转向扫描法；四是从抗运动能力看，散射法比扫描法更大些；五是对已建有散射配套装备的中心和新建中心会有不同的考虑。由此说明目前发展趋向肯定是扫描法，但还不能说散射法将淘汰。各中心有各自的最佳答案，目前没有统一的解答。

3. 束流纵向的能量变换和调制：根据质子的纵向物理特性，不同能量的质子在体内有不同的量程。不同厚度的肿瘤必须用不同能量的质子进行照射，才能使肿瘤体积得到合适剂量。散射法时需要在运行时形成扩展布拉格峰的能量调制，而点扫描时用单能和扩展布拉格峰皆可。

点扫描传递治疗时都具有类似的扫描过程。将整个肿瘤体积按量程方向切割成许多片状体积，每片都用相同能量组合质子束进行x和y二维扫描，完成此片扫描后，改变束能量，再对下一个片进行面扫描，如此过程直到完成最后一片的面扫描后，才算完成肿瘤的整个扫描。当前人们已具有下列共识，即对待动态肿瘤最好的根本方法是扫描速度越快越好。因此，在点扫描治疗时，快扫描是一个重要的性能指标。

能量变化时间将决定整个肿瘤的扫描快慢。至今实用加速器提供下述3种能量转换速度：一是具有秒数量级的日立同步加速器系统与比利时Iba公司的回旋加速器和其能选系统；二是具有数百毫秒数量级的Varian的超导回旋加速器和其能选系统；三是具有几个毫秒数量级的英国图像引导的强子治疗直线加速器(linac for image guided hadron therapy,LIGHT) 治疗系统。但至今LIGHT系统只见纸上谈兵，未见实践报告。

4. 处理不确定因素扰动的科学方法：在质子治疗中，不论是治疗计划系统(TPS)中内含的，还是设备的实际运行和计划值之间的差异，众多的不确定因素往往使实际治疗用的剂量分布有较大误差。因此，在实际治疗时，必须根据这些不确定因素特性，找出一种能减少或限制其危害的具体处理方法。再用允许的治疗要求进行质量验证，通过后才允许治疗。点扫描时的不确定因素扰动要比散射时的不确定因素扰动大,从而使点扫描时用的稳妥优化法（robust optimization）比散射时用的计划靶区法（PTV）复杂得多。

5.影像引导下质子治疗（IGPT）和动态适应的质子治疗（DAPT）：多少年来，人们希望从束流传递方法中找出一种理想的治疗动态肿瘤的好方法，但始终找不到满意的答案。专家开始认为这是一个整体系统性问题。目前在业内基本有此共识，即IGPT和DAPT是今后治疗动态肿瘤的主要方向，内含重诊断、重计划和复位等过程。这是今后质子治疗工作的基本发展方向。

6. 系统的整体集成和优化是下一代质子治疗系统的关键：质子治疗系统是由许多个具有特定功能的关键系统所组成；高能质子产生系统产生稳定性能的质子；肿瘤诊断和医用影像系统使医生知道癌细胞在何处；患者定位治疗系统将质子准确地打在癌细胞，狠、准、稳地杀死癌细胞，而不误伤正常细胞；此外，还有质检和验证、剂量监测、设备联锁、辐射防护与安全，以及危害事故的处理等系统。如何将众多系统高效协调并集成为一个整体，是今后研制具有优良治疗性能系统的关键。

二、 国外粒子治疗情况

1.粒子治疗现状的一些关键数据：根据粒子治疗协作组（PTCOG）统计，到2015年5月，全球共有52个粒子治疗中心，142个治疗室。其中，84%是质子治疗中心，8%是碳重离子治疗中心，8%是二者兼有。至2013年12月底，全球共有127 449名癌症患者做过粒子治疗。其中，质子治疗患者105 743名，碳重离子治疗患者13 119名，氦重离子治疗患者2 054 名，负π粒子治疗患者1 100名，其他粒子治疗患者433名。全部粒子治疗患者中，质子占86%，碳离子仅占11%。所以，质子治疗患者比碳重离子治疗患者要多8倍。

2.质子治疗的癌症适应证：自1954年Tobias等进行世界上第1例质子治疗，至2015年底全球已有10万例以上的质子治疗患者，获得了不同的治疗效果，其中绝大部分优于常规放疗。这是几十年来质子治疗能发展的基础，但是对质子治疗的疗效还缺乏专门深入的研究，因而至今全球还没有一个公认的权威质子治疗评论机构。

在刚刚过去的2015年，频频传来质子治疗的捷报：2015年5月，第54届国际粒子治疗协作组（PTCOG）会议上，Scripps质子治疗中心医疗主任Carl Rossi博士的发言在一定意义上代表了当代质子治疗的最新动向。Scripps质子中心开始运营15个月内就治疗了多种类型的肿瘤患者，包括肺癌、脑部肿瘤、脊柱肿瘤、颅底肿瘤、头颈部肿瘤（如口咽部肿瘤、 唾液腺肿瘤）、中枢神经系统肿瘤、胰腺癌、直肠癌、食管癌、乳腺癌（男性和女性）、睾丸癌、胸腺肿瘤、骨肉瘤等。

6月30日，在Varian医疗系统公司2015全国用户大会上，美国MD Anderson癌症中心胸部肿瘤放疗科主任张玉蛟教授向700多名肿瘤放疗参会专家介绍了其最新的中文版放疗软件，来自中美两国的顶级专家汇聚一堂，共同探讨了肺癌、肝癌、头颈部癌及前列腺癌等癌症的无创疗法。他在Lancet Oncol上发表的一篇论文可谓是“一石激起千层浪”。该随机研究结果提示，对于早期非小细胞肺癌（NSCLC），立体定向放疗（SBRT）的疗效优于手术^[1]。

7月，美国著名医学物理领域专家、美国圣地亚哥Scripps质子中心首席医学物理师、美国加州大学圣地亚哥分校的董雷教授来华，就国内粒子放疗业界关心的医学物理师培养、散射法与笔形束孰优孰劣、大分割放疗认识误区、运动器官的放疗等专题作了简要的介诏，受到热烈欢迎。

8月20日，日本放射线医学综合研究所的辻井博彦院士来华访问。目前，全世界重离子治疗过的患者大概有12 000多例，其中放医研治疗了9 000多例，在这9 000多例患者中，辻井博彦院士亲自参与治疗的患者有近5 000例。他介绍说重离子具有治疗优势的肿瘤类型是：第一是头颈部肿瘤，除鳞癌以外的腺癌、肉瘤；第二是肺癌，单个病灶的局部进展期肺癌；第三，肝癌也研究出了1 d内通过1～2次重离子照射完成治疗的方法；其后，依次是胰腺癌、前列腺癌、骨盆部的骨肉瘤、脊索瘤、大肠癌、子宫癌等。

三、 对国内质子治疗的展望

发展粒子治疗事业，必须有一支众多的专业人才队伍，包括核技术、放疗物理、肿瘤治疗学和医学管理专家队伍，这些人才非短期所能培养。近几十年，欧美发展粒子治疗事业的经验可以总结出当前的高科技产业，包括质子治疗事业的成败竞争，归根到底是高科技人才之争。

在机构建设上，2001年，我国立项建造万杰质子治疗中心和位于中日友好医院的北京质子医疗中心。但当时在科学上、政策上和资金上没有作好充分的准备，结果一个建成即停，一个未建成即停，将于今年复工。2014年，在上海市委大力支持下建成了上海市质子重离子医院。这3个项目中都存在明显的优缺点，若能认真总结，有很大的现实意义。此外，中国科学院在上海、合肥和兰州的有关研究所，也正式立项研发质子和碳（重）离子治疗装置，建造粒子治疗中心。

根据国内媒体报道的非正式统计，已正式签订设备合同(正建和筹建)的粒子治疗中心有26台，有意向性合同的有关中心7台；国内专为患者介绍去国外粒子治疗中心的公司有5家；中国公司向国外研制和治疗公司和中心投资和控股的单元有4个，等等。从报道看来，的确是一片繁荣。展望今后十年，是否会在中国大地上建成全球最多的粒子治疗中心，如何加强目前投资的科学性，值得有关领导和投资者深思。