本文来源：《解放日报》记者 顾泳
质子，氢原子剥去电子后，带有正电荷的粒子；重离子，碳、氖、硅等原子量较大的原子核或离子。质子重离子，物理学领域的研究发现，历经大半个世纪，蜕变成为射线治疗肿瘤的一种手段，它也是迄今为止国际最尖端的放射治疗技术。
上海市质子重离子医院临床技术委员会主任蒋国梁教授解释，质子重离子，一定程度上也是放疗技术的一种。目前，放射治疗是抗击恶性肿瘤的三大利器之一，70%的肿瘤患者在治疗过程中需要接受放射治疗，通过控制局部肿瘤生长、减轻因肿瘤生长带来的不适（例如咳嗽、局部疼痛等），来延长患者生存时间或提高生活质量。相比传统放疗，质子重离子具有独特的物理及生物特性，这使得质子重离子技术独具优势。
跨越大半世纪 质子应用于人体治疗
1904年，科学家布拉格（Bragg）与克里曼（Kleeman）在实验中观测到：带电粒子束会形成一个剂量高峰。形象说来，质子射线等带电粒子束，在射入物质时，根据其能量大小会在某个深度形成一个剂量高峰。科学界将这一伟大发现称之为“Bragg峰”（中文译为“布拉格峰”）。
科学家们很快发现，这种带电粒子束与传统射线相比，优势相当明显。1946年，科学家威尔森（R.R.Wilson）大胆提出，将这种具有物理优势的射线应用于医学领域。威尔森认为，带电粒子束，或可在治疗肿瘤领域有突出表现。他的依据很在理：传统高能 X 射线穿越人体时，沿途会不断释放大量能量，肿瘤前后的正常组织都不必要地接受了相当剂量的照射。带电粒子束有独一无二的“布拉格峰”，射线进入人体后，高速运动的高能粒子，在射程前段仅会释放较少能量，直至射程末段，巨大能量会彻底释放。由此看来，带电粒子束的射线将更为锐利，它也会进一步减少肿瘤周边正常组织的照射剂量。
理念提出不到十年，1954年，位于美国加利福尼亚州的劳伦斯伯克利（LBL）实验室，开始启动粒子束治疗；不久，瑞典的乌普萨拉大学启动质子射线治疗；1961年，哈佛大学麻省总医院引入回旋加速器，自此开始利用质子射线治疗患者……
至此，质子射线治疗患者仍仅局限于实验室内。
直至1990年，美国洛马琳达大学医疗中心建成的质子治疗系统，实现巨大突破：这套系统没有遵循在加速器研究所内应用的惯例，而是世界上首台与医院并行建设、用于商业医疗的系统。据称，洛马琳达大学的这套治疗系统，由最早启动粒子束人体治疗研究的劳伦斯伯克利（LBL）实验室支持建成。
直至现在，全球共有107555例病例实施过质子治疗，美国洛马琳达大学医疗中心，成为质子治疗开展最多的机构。专家评价，质子技术发展至今，已相当成熟。
重离子疗程更短、更精准 未来发展前景无限
1974年，位于东京千叶的日本放射线医学综合研究所，启动质子治疗研究；1980年，“放医研究所”将研究方向转为重离子。素有日本“重离子之父”称号的平尾泰男教授认为，单从物理和生物特性来看，重离子更优于质子。质子射线可切断肿瘤细胞DNA单键功能，间接杀死肿瘤细胞，因此对抗阻型、缺氧型肿瘤难以进行有效治疗；重离子却不同，重离子射线可切断肿瘤细胞 DNA 双键功能，可直接杀死肿瘤细胞。
其实，在人类所认知的所有重离子中，也只有一小部分适用于肿瘤治疗。多年以来，日本、德国作为研究重离子治疗的主要国家，一致认为，碳离子是最佳治疗用的重离子。从1994年6月到2009年2月，日本放医研究所用碳离子治疗了4504名患者；1997年至2007年，德国国家重离子研究所用碳离子治疗了384名患者。不过重离子的研究前景仍有待探索。
碳离子有哪些独特优势？专家解释，碳离子具有质子所不具备的核分裂现象。即，能将C12变成 C11或 C10。C11或C10碳放射性同位素在衰变时，都能发出正电子，利用PET就能直接探测碳离子的行程轨迹和治疗终点位置，这使得实时诊测、精确治疗都成为了可能。此外，碳离子的治疗次数较少。2003年日本“放医研究所”的报告显示，肝癌患者只需1至2次碳离子治疗，肺癌患者为2至4次，这比质子治疗次数明显减少。
相比成熟稳妥的质子技术，重离子技术还有许多未知可以探索。正如所有技术都不是完美无瑕的，有国际领域专家表示，因碳离子重量过大，被治疗的肿瘤及其边缘区，从宏观上来看剂量是均匀的，但从微观来看，可能存在癌细胞未能照射到的“冷点”。2001年，瑞典Karolinska肿瘤研究所科学家们提出，选择氦、锂、铍等较轻的重离子，或可克服碳离子的这种缺陷。不过因临床试验难以操作，目前重离子技术仍有许多潜力可以挖掘。
日本、德国分别于1994年、1998年开始进行重离子的临床研发，并分别于2005年、2009年开始正式进入临床治疗。目前，两国总计治疗病例达15296例。蒋国梁教授表示，质子技术更成熟、重离子技术更具有潜力，综合两者，上海引入质子重离子技术，希望能在尖端肿瘤放疗领域实现突破。
治疗肿瘤最先进技术 我国持续不断探索
我国对质子重离子技术的探索，起步于上世纪90年代。1988年底，兰州重离子加速器建成，并出了粒子束。1991年8月，国家批准成立兰州重离子加速器国家实验室，并向国内外开放。作为我国探索重离子实验的先驱，兰州重离子加速器由中国科学院近代物理研究所负责设计、建造。据报道，目前兰州重离子加速器每年运行约5000小时，完成20项左右的实验。不过，重离子加速器实验室针对人体治疗的相关研究相对有限。
2002年，作为民营资本投资的山东淄博万杰肿瘤医院，在世界银行国际金融公司的支持下，投资引进国内首家质子治疗中心。这套质子治疗系统于2004年12月投入临床使用。
2009年上海市质子重离子医院项目正式开工建设；2012年1月顺利完成基建工程；经过近两年半的系统设备安装调试，2014年6月14日，上海市质子重离子医院正式进入临床试验阶段，并成功运用重离子放射治疗技术，为71岁的前列腺癌患者顺利进行首次针对肿瘤病灶的“立体定向爆破”治疗。
历经十余年艰辛努力，上海市质子重离子医院，最终成为全国首家、全球少数拥有质子重离子两种治疗技术的医疗机构。她的建成，将为更多肿瘤患者带来福音。