1895年德國物理學家侖琴發現x射線，僅僅相隔一年，x射線就已應用在醫療服務上。百餘年的發展，隨著科技及醫療研究的進步，放射線在醫療的應用越來越廣範，效果也越來越好。以輻射生物學的觀點，高能量的游離輻射確實會對生物體造成傷害，而放射治療就是運用此原理來破壞癌組織，達到治癒或控制癌症發展的目的。然而，要有效的殺死癌組織，如同內科服藥一樣，必須給予足夠的輻射劑量才能達到一定程度的效果。近年來發展迅速的標靶藥物治療，強調能依據細胞生物學的研究，將生化藥物特異性的僅針對癌細胞起作用，大幅減少藥物的副作用，同時提高治療的效果。

放射線的應用也有相同的道理，數十年來，放射腫瘤學家孜孜不息的籌畫各種辦法，希望能盡可能的集中放射線劑量於癌組織，在戰勝癌症的同時仍保有正常組織的功能，讓病患維持良好的生活品質。不同於生化藥物，放射線傷害生物體較不仰賴生物化學的反應，偏向於物理作用的結果。如同保齡球擊倒球瓶，高能放射線就像高速運動的保齡球，一旦擊中代表癌細胞的球瓶，勢必造成一定程度的傷害。當累積一定量的傷害，癌細胞就無法再存活，達到控制癌細胞發展的目的。這種集中輻射線殺死惡性組織的概念，由外科醫師解讀就如同一把把無形的刀，透過詳盡的治療計畫，操作精準的放射線，多方向、多角度的集中輻射劑量於腫瘤，輻射線儼然也有了刀的型態。近年討論熱絡的光子刀、伽瑪刀、諾利刀、電腦刀、螺旋刀、銳速刀等皆源於相同的概念，其所運用的“刀“，不外乎是1895年侖琴發現的x射線，雖然能量高了近百倍（光子射束），但是面對放射反應差的頑強惡性組織，放射腫瘤學家除了希望有一把無堅不摧的刀，更期待能在刀上掛滿炸彈，由精準的輻射帶著精準調控的深水炸彈，設定好腫瘤所在的深度精準引爆，使得再頑強的腫瘤遭遇此種破壞也難以存活。因此，只要惡性組織尚能以此方式破壞而不影響正常組織的功能，這種能造成大幅度差異性傷害的刀，都帶給醫療界震撼與期待。近十年來全世界各地快速增設的昂貴醫療設備---質子刀、重粒子刀就屬於此類。

所謂的質子，其實就是氫原子的原子核。所謂的重粒子，目前運用較多的是碳原子的原子核。此二類射束質量重且都帶有電荷，一般稱為粒子射束。其中碳原子核的質量約是質子的12倍，所帶電荷是質子的6倍，可以想見當兩者以相同的速度運動，重粒子射束造成的傷害將大於質子射束。粒子射束在放射治療的運用，與傳統射束最大的不同就在於此類射束依初始入射能量的不同，其所具備的大部分能量將在某特定深度完全釋放，此特性稱「為布拉格尖峰（Bragg peak）」。依據此特性，只要掌握癌組織的三度空間輪廓，縝密設計此類射束的入射方向、能量及數量，將可以比傳統放射治療所使用的射束更有效的將輻射劑量投射到患部，降低周邊正常組織的傷害，或者換個角度，在可接受的輕微副作用的情況下，大幅提昇患部的輻射劑量。按照輻射生物學的理論，只要輻射劑量足夠，將沒有摧毀不了的癌組織。此外，因為重粒子的質量大，電荷數多，相同能量的釋放所造成的生物傷害將多三倍以上。劑量集中、輻射生物傷害大，放射腫瘤學家尋覓已久的理想射線，已隱然成形。

有關粒子治療設備的發展，國外起步甚早。1954年美國加州柏克萊（Berkeley）實驗室就以質子射束治療病患。而現今仍在運作的粒子治療設備總計有29處，分佈在13個國家。亞洲地區則包括日本、韓國及中國。若以時間來看，2000年之後新設的設備則有12處。由此可見國際間對於粒子治療抱有很高的期許，而治療的病患數則已累計有6萬多人，其中接受質子射束治療的病患有5萬餘位，佔了絕大多數。在歷經多年的探索，對於質子及重粒子射束治療在臨床的應用更加肯定的情形下，2008年後籌建中的系統更多達近15處，主要分佈在歐洲。粒子治療設備的成熟可見證於從2000年之後研究型的設備大幅減少，而臨床醫療用途的設備仍持續快速增加。同時，統計也發現2000年後接受質子治療的病患數也急速上升，這些統計顯示粒子治療確實已趨成熟，在國際間已廣泛認同對於臨床應用有其積極及正面的效果。

質子治療的效果從各大醫學中心的分析可見端倪。攝護腺癌（prostate cancer），美國洛瑪琳達（Loma Linda）大學醫學中心統計1991～1995年間使用質子加光子或單純用質子治療643例的結果，5年總存活率（overall survival）及無病存活率（Disease free survival）分別為89%及79%，其療效高於單純手術和光子治療。哈佛迴旋加速器實驗室（Harvard Cyclotron Lab.）在眼球黑色素瘤（Ocular melanoma）的質子放射治療，15年存活率達95%，該方法保留病患的視力，避免切除眼球。此外，該單位軟骨肉瘤（chondrosarcomas）的質子放射治療，10年存活率也達95%。累積多年經驗，美國、歐洲及日本的粒子治療中心陸續發佈其治療結果報告，其優於傳統治療的局部控制率，鼓舞臨床單位對於粒子治療繼續更深入及廣泛的研究及應用。

鑑於此，美國政府的健康保險財政署（HCFA）在1996年發佈了Medicare Bulletin 406號文件，對於質子放射治療腫瘤發表如下的評論：1. 質子放射治療前列腺癌的經驗已經成熟。2. 質子放射治療腫瘤已經不是試驗性的。3. 質子放射治療對於下列疾病可能是必要的：眼球黑色素瘤、腦下垂體腫瘤、小的動靜脈畸形病變（AVM）、中樞神經系統病變、頭頸部惡性腫瘤、攝護腺癌。近期的研究也指出，粒子治療相較於目前標準的強度調控放射治療（IMRT），整體釋放到病患體內的輻射劑量較低，而且高劑量區也可以高度的集中於患部，可以大幅降低因為放射治療的游離輻射引發二次癌症的機率，也可降低整體病患照護的成本。同時，因為劑量較為集中，對於正在發育中的孩童，因為放射治療引起的發育傷害也較為輕微。臨床的研究報告鼓舞粒子治療的發展，以期有更廣泛的應用。相較於質子治療的臨床報告快速進步，碳核重粒子放射治療的發展起步較晚，截至目前為止僅有日本及德國具有此類設備，因為碳核射束的輻射生物性傷害比質子射束及傳統射束高約三倍，在謹慎保守的醫療界，面對如此重大差異的治療武器，即便知道碳核射線可能是屠癌寶刀，也必須謹慎行事，逐步確認在各種情況下的治療效果及副作用傷害。因此，短期內碳核射線仍將以研究為主，較難成為主流。此外，粒子治療難以更大幅度運用的原因在於造價昂貴。質子刀或重粒子刀要成為治癌的利器，必須藉由複雜的迴旋加速器或同步迴旋加速器將這些粒子加速到接近光速並且準確的控制粒子的能量，再以導引裝置將射束導引至治療室，最後藉由能量調控系統及準直系統將輻射線依計畫準確投射到患部。這些射束成形及加速控制的系統其實都是國家級高能物理研究的儀器及技術，透過跨領域的整合，以往對於一般民眾宛如千里煙雲的高能物理儀器如今能切身地運用在廣大民眾的疾病治療。然而因為設備費用龐大，一套質子治療設備的造價將近一億美金，碳核射線的造價更是2倍高之譜。在評估購置此類設備時，確實應以整體醫療的觀念來考量，畢竟癌症的治療不可能單單花個百億台幣就能解救天下蒼生。放射治療屬於物理能量釋放的方式，不可能針對已擴散到全身的癌細胞作照射。此外，以肝癌為例，若癌細胞已侵犯80％的肝臟，這時就算揮動屠癌寶刀，難保不會傷及僅存的正常肝組織，殺了癌細胞，肝臟也毀了。如何以癌病中心的概念作整合，讓屠癌寶刀用在最適當的時機及狀況，畢竟刀為器，使刀的人才是關鍵。

台灣的放射治療服務發展蓬勃，無論儀器設備及治療成果皆有世界級的水準，很高興在不久的將來台灣也將建構自己的質子治療系統，對於已在國外的經驗證實效果良好的癌症治療及台灣特有的眾多肝癌及口腔癌病患的治療，此套系統令醫界深深期許。然而，更期待此屠癌寶刀以泱泱風範融入整體醫療系統，發揮最大效能，造福病患。