质子重离子治疗癌症在生物和物理方面的优势

质子和碳离子束在物理和剂量学方面的优势已被许多剂量学研究所证实。与常规射线（X射线、60Co-γ射线等）相比，重离子较突出的物理特性之一是其独特的倒深剂量分布，即Bragg曲线。质子和重离子都会在射程的末端释放出大部分能量形成布拉格峰，但重离子布拉格峰的半宽小于质子，重离子束的能量释放更为集中。

此外，碳离子束在介质中的侧散射比x射线、伽马射线和质子束的侧散射小。高能碳离子束在介质中的传播路径接近直线，有利于治疗过程中保护正常组织，特别是危及器官。

相对生物效应是比较不同类型电离辐射引起的生物效应的数量。影响离子束RBE的因素主要有：离子类型、剂量、能量转移线密度、细胞类型、生物终点等。质子治疗中RBE一般为1.1。碳离子束具有较高的RBE值，明显大于质子。

RBE值随入射深度的增加而增大，在Bragg峰深度附近达到较 大值，导致大部分能量沉积在肿瘤区域，而光束通过时组织受到保护。碳离子束的Bragg峰面积和RBE峰面积出现在同一位置，使靶区的治疗效果较 大化。因此，碳离子是治疗恶性肿瘤的理想粒子。

X射线、电子和质子损伤主要是DNA单链损伤，而碳离子是高LET射线损伤。产生的高密度电离辐射能产生很大比例的DNA双链断裂，重离子引起的DSB修复速度明显减慢。对于X射线或γ射线引起的DSB修复，未修复的DSB由于丢失遗传信息而导致细胞死亡。

低LET射线的辐射敏感性随细胞周期的变化而变化，细胞在M期和G2期辐射敏感性较强，对S期和G1期辐射不敏感。然而，碳离子束等高LET射线对S期和G1期细胞同样敏感，不依赖于细胞周期。