癌症是現今人類社會及健康最大的威脅。從西元1982年以來，因人口老化、飲食習慣、壓力以及環境等多項因素，癌症躍升為臺灣死亡原因的榜首。癌症不但致死率高，漫長而辛苦的治療也往往導致病人和家屬沉重的負擔。手術、藥物治療和放射治療，是癌症治療的三大支柱。隨著時代演進和科技進步，許多新的癌症治療方式陸續出現，而重粒子則是其中最具有潛力的治療之一。

放射線治療是癌症治療的主要方法之一，而粒子治療則是近年來最熱烈被討論的新型抗癌武器。西元1977至1992年期間，美國加州勞倫斯伯克利國家實驗室開始發展評估重粒子治療。西元1993年，日本國立放射線醫學總合研究所(NIRS)成功開發出第一台醫療用碳粒子加速裝置HIMAC (Heavy-Ion Medical Accelerator in Chiba)。直至現今，在日本、德國、義大利、中國…等共有十三處運作中的重粒子中心，超過萬人受惠於重粒子治療，而美國、澳洲、南韓也正積極籌備發展重粒子中心。臺北榮民總醫院將於2023年5月，由日本引進重粒子治療，並成為全世界第十四座重粒子治療中心，補齊台灣癌症放射治療的缺口，讓台灣民眾免赴國外接受重粒子放射治療。重粒子治療，其實廣泛地包含非質子的許多研究中的粒子治療，如氧、氖、氦粒子治療等等，而本文章所討論的重粒子治療，將以已經運用於臨床治療的碳粒子治療為主要討論對象。

 

重粒子放射治療的原理，與其他放射線治療究竟有甚麼不同呢?以下列出重粒子治療其特殊之處:

 

一、獨特的放射物理特性布拉格峰，重粒子治療猶如深水炸彈，可減少正常組織之劑量以及副作用

傳統放射治療，主要是以高能的X光治療為主，隨著科技的進步，光子治療從傳統的2D治療，演化到3D治療，到目前普遍使用的強度調控放射治療（IMRT）。一路的演進已經將放射治療的副作用降低許多，並且由於正常組織副作用可耐受，給予腫瘤的劑量也可以逐漸調高，也漸漸增加腫瘤的控制率。

 

傳統的光子治療(Photons)其放射線物理特性如圖一的黑色線條，此圖示引用至文獻Simoni, M. D., et al. (2020)，代表了不同種類的放射線進入人體體表後衰變的模式。傳統的光子治療進入人體體表後，會先經過一段增建區，劑量在0.5-3cm會逐漸累積達100%的劑量，之後隨著組織深度而漸衰減。因此，若我們需要治療的部位位於身體較深的腫瘤時，就需用多個角度來分散體表的劑量，否則皮膚可能會產生嚴重的副作用而使病人無法耐受。

 

而圖一標註的質子(Protons)以及重粒子(Carbon Ions)，則有「布拉格峰」的物理特性，射束進入體表後會維持低劑量，直到一定深度才釋放最大能量而降到最低。而我們可以利用技術調整釋放能量的地點，製造一個加寬布拉格峰(spread-out Bragg peak, SOBP)，此時的粒子射束猶如深水炸彈，維持著治療腫瘤區域高劑量，但腫瘤前後正常組織低劑量的特性。較傳統光子治療來說，可大幅降低腫瘤附近重要的組織器官的傷害。且由於這樣的特性，粒子治療相較傳統光子治療而言，只需要少數的角度即可達到相同的治療效果，較少的角度可以減少放射線低劑量的散射區域。過去的文獻也支持，重粒子放射治療相較於傳統光子治療可以顯著地減低放射線引發二次癌症的風險，就目前文獻而言導致二次癌症的風險與一般只接受開刀的病患無異。

二、側向散射小，更能保護危急器官

回到圖一，我們可以看到雖然質子和重粒子皆有布拉格峰，重粒子的布拉格峰較質子而言要更為尖銳，在更短的距離完成能量釋放並降到最低。而此項特性，造就了重粒子的側向散射比質子更小。側向散射，是指射束通過時側向正常組織高劑量降到低劑量的範圍。若是有一些腫瘤剛好位於危急器官旁(如視神經、腦幹、腸胃道等等)，如欲保護正常組織的功能和減低副作用，重粒子就有更好的治療優勢和機會可以保全正常組織功能。

三、相對生物效應強，不怕腫瘤缺氧環境

重粒子相較於質子或光子，有更強的相對生物效應Relative biological effectiveness (RBE)。重粒子為高能線性能量轉移(Linear energy transfer，LET)的粒子；高線性能量轉移，意為電離粒子轉移到介質每單位距離的能量較高。一般來說，質子的生物效應約為光子的1.1倍，而重粒子約為光子的2-3倍。高線性能量轉移的粒子照射過可以造成較強的相對生物效應，使治療過後的癌細胞DNA受到難以恢復的破壞，較無修復的機會，增強腫瘤控制。

 

另外，一般傳統的光子放射治療，大多使用間接效應來進行腫瘤細胞的毒殺。光子治療大多先游離照射目標體內的水，產生游離基來破壞腫瘤的DNA。在間接效應模式下，若腫瘤的DNA斷端沒有氧氣來固定時，腫瘤的DNA會在短時間內很快的修復，造成腫瘤的放射線抗性，導致治療效果變差，這也是為什麼缺氧環境下的腫瘤，其放射線治療成效差的主因。而重粒子治療所使用的腫瘤DNA的毒殺效應，大多是使用直接效應，不須透過水，重離子直接將腫瘤DNA撞斷的毒殺效果。因此有沒有氧氣對於重粒子治療的效果差異不大，所以重粒子治療較不受缺氧細胞或是癌症幹細胞的影響，可以治療放射線難治腫瘤，例如肉瘤、胰臟癌、黑色素瘤、唾液腺腫瘤、腺癌…等。

四、適合寡次治療，減少病患往來醫院之辛勞

傳統的光子治療因在輻射生物學上，劑量和細胞存活率為一條有曲度的曲線，在臨床治療上，由於正常組織的修復比腫瘤組織快，我們常使用多次的分次治療，來拉開腫瘤和正常組織之間的治療差異。重粒子治療在輻射生物學上，劑量和細胞存活率為一條斜直線，其保護正常組織的特性為布拉格峰物理特性，分不分次對重粒子治療來說幾乎沒有差異，因此重粒子治療非常適合做寡次治療。

   重粒子治療目前常用治療次數約介於1次到20次不等。其中最寡次的為早期週邊性肺癌，於日本可以執行最短1次的重粒子放射治療；肝癌治療依照部位風險不同治療次數約在2次到12次之間；攝護腺癌及胰臟癌治療次數約12次；頭頸癌及骨肉瘤大多治療16次；目前婦癌治療時間較久約為20次。一周4-5次的治療，病人大多需要3-4周即可完成療程。和現行的光子治療動輒25-40次，約一個半到兩個月的時間來說，可以減少病患往來醫院之辛勞與時間的負擔。

五、重粒子在細胞實驗以及動物實驗上，可增加免疫反應，減低腫瘤侵襲及轉移機會

過去科學家曾使用光子及重粒子來做胰臟癌細胞的治療，發現照過重粒子的細胞，其腫瘤細胞的侵犯性和轉移性都比傳統光子治療要低。另一篇文獻使用小老鼠模型，在小老鼠的左腿和右腿各種上骨肉瘤，使用光子或重粒子照其中一隻腳的腫瘤，並合併免疫藥物，實驗發現使用重粒子照射的老鼠，在其沒有照射到的腳的腫瘤，竟有64%的腫瘤完全反應率(complete response)，相較於光子照射其完全反應率統計學上顯著地較高。另外一個小老鼠的研究，使用骨肉瘤種在小老鼠腿上，使用重粒子和光子照射，發現單用重粒子照射後小老鼠肺部轉移的機率統計上的顯著地比光子治療要低，有減低遠端轉移的效果。雖然這些研究皆僅於細胞和動物實驗上，目前尚未有人體試驗的結果，但這的確代表重粒子於生物學上有增進免疫反應和減低遠端轉移的潛力，值得我們繼續研究與探討。

經過長期的規劃，在2016年1月臺北榮民總醫院獲得衛生福利部同意重粒子擴建計畫，宣布興建總預算高達42億元的「重粒子癌症治療中心」。經費有賴於社會善心人士捐贈，及院內自籌作為機器申購經費。在2018年2月決標確定採用日立(Hitachi)公司最新的緊緻型重粒子放射治療系統。於2019年1月正式動土興建地下1層、地上4層的「重粒子癌症治療中心」；建築2020年已於6月完工，經過重粒子治療機裝修與品質測驗，在2022年6月到9月已正式完成6例病患的臨床試驗治療，預計於2023年5月治療中心正式開幕。我們誠心期盼這潛力和威力都驚人的重粒子治療持續發展與成長，帶給國內罹癌病患和其家庭更多治癒癌症與延長生命的希望。