质子和碳离子治疗设施PTCOG的数据截至2021年12月，全世界有107个质子和重离子治疗中心已运营，其中只有12个已运营的碳离子治疗中心。由于重离子治疗对相关技术研究的要求很高，加上医疗专用加速器和支持系统的建设成本高，因此重离子治疗在全世界的可用性相当有限。重离子设备体积大，安装和运行成本高，而旋转机架治疗技术在质子设备中更容易实现。目前，德国的海德堡离子治疗中心(HIT)和日本的国立量子科学技术研究所(QST)是世界上唯一采用旋转机架治疗技术的碳离子治疗中心。
尽管有许多质子和重离子中心在筹备中，但中国目前只有五个质子和重离子治疗中心在运营(表2)。好消息是，据PTCOG的数据，有11个质子和重离子中心正在建设，10个质子和重离子中心处于规划阶段。五个粒子治疗中心除了使用的粒子种类不同外，主要区别在于束流递送系统、旋转机架和治疗计划系统。其中，HIMM是中国自主研发的医疗设备。此外，第一台质子治疗设备(上海先进质子治疗设备APTRON)已由上海瑞金医院自主研发。到目前为止，有两例患者(一例复发性垂体腺瘤，一例复发性颅底脊索瘤)在瑞金医院接受治疗。截至本稿件撰写之日，中国已有约8,000例患者接受了粒子治疗。表2.中国已运营的粒子治疗中心
中国的质子和重离子治疗在过去20年中在逐步发展。1989年，现代物理研究所(IMP)在兰州建立了重离子研究设施(HIRFL)，并在1995年开始了重离子治疗肿瘤的基础研究工作。为了实现从科研到临床应用的转变，在2006年到2013年之间，IMP的HIRFL共对213例患者进行了CIRT治疗，在几种类型的肿瘤中取得了令人满意的疗效和可接受的不良反应。在IMP重离子治疗中心成果的鼓舞下，位于中国甘肃省武威市和兰州市的IMP独立设计和建造了一台用于临床的重离子治疗示范设备，即重离子医疗机(位于HIMM)。2019年，HIMM完成了47例患者的临床试验。此后，质子和重离子放疗在中国开始迅速发展(图2)。2004年，WPTC成为中国第一家开展质子治疗的医院。由于设备维护费用昂贵，该中心停止运营了几年，于2015年重新开业。上海质子重离子中心(SPHIC)安装了德国西门子制造的IONTRIS设备。应中国食品药品监督管理局(CFDA)的要求，SPHIC进行了IONTRIS的临床注册试验，进一步验证IONTRIS在治疗癌症患者的安全性和有效性。CGMH在台湾建立了两个质子治疗中心，分别在2015年和2018年开始运营。表3列出了这些中心在粒子放射治疗的临床、物理和生物学方面发表的重要的同行评议出版物。
图2. IMP的重离子治疗研究路线图。IMP在HIRFL上建立了两个癌症治疗终端。基于对先进加速器技术和核检测技术的不断研究和开发、生物基础研究和CIRT的初步临床试验，IMP成功开发了HIMM。
表3. 五大中心在粒子放射治疗的临床、物理和生物学方面的出版物清单(2022年1月更新)
治疗计划系统(TPS)是放射治疗过程中的神经中枢或指挥中心。TPS是旨在帮助医生或物理师设计和优化治疗计划的软件。目前，商业化TPS主要有RayStation(RaySearch Medical Laboratories, Stockholm, Sweden)、 XiO(Elekta., Stockholm, Sweden)、Eclipse(Varian Medical Systems, Palo Alto, CA, USA)和Pinnacle(Philips Healthcare, Andover, MA, USA)。常规放疗在中国起步较早，已逐渐走向成熟。中国的质子放疗设备和放疗计划系统起步较晚。目前，中国正在运行的质子治疗中心大多使用商业化TPS。SPHIC采用的是Syngo治疗计划软件系统(版本VC11和VC13;西门子医疗，德国埃朗根)，该系统采用基于局部效应模型(LEM)RBE的局部数值。HIMM采用了自主研发的重离子放射治疗计划系统。
中国质子和碳离子的初步临床结果一些临床实践已经证实了PT和CIRT的潜在优势。虽然只有初步的临床数据，但中国也在临床试验的基础上逐渐积累了经验。到目前为止，中国临床试验注册中心(ChiCTR，https://www.chictr.org.cn/)注册了15项观察性或干预性的临床试验，SPHIC的ClinicalTrials.gov注册了18项临床试验(表4)。CGMH有3项临床试验在ClinicalTrials.gov注册。HIMM有6项临床试验正在招募患者，包括胰腺癌、肺癌、三项食管癌和2021年注册于ChiCTR的肌肉浸润性膀胱癌。可以看出，很大一部分临床试验正在招募患者，有几个试验因为缺少患者而被撤回。可能原因是中国的癌症患者对粒子治疗的接受程度还不够。为了保证可靠性，我们在本节中主要总结已经发表或报道的临床结果。表4. 在ClinicalTrials.gov注册的中国放疗临床试验(截至2022年1月)
为了注册成为医疗机构，SPHIC和HIMM的安全性和有效性已经得到验证。2014年6月至12月，SPHIC完成了一项旨在验证西门子IONTRIS离子治疗系统的安全性和有效性的Ⅱ期临床试验(IONTRIAL)。35例患者参加IONTRIAL试验，所有患者在治疗和随访期间都没有出现2级或以上的不良反应。随访期间，所有患者均未发生患者死亡或与治疗相关的中度或重度不良事件。
从2006年到2008年，IMP收治了103例浅表性肿瘤患者，包括皮肤鳞状细胞癌和恶性淋巴瘤。在接下来的5年中，有110例深部肿瘤患者在IMP接受了高能碳离子治疗。肿瘤体积得到了不同程度缩小。治疗后照射部位和全身没有明显的副作用。
为了开发更紧凑的医用加速器，IMP建立了HIMM。HIMM的临床试验于2018年11月6日开始，所有46例受试者在2019年2月25日之前完成试验。在治疗结束后，所有患者根据实体瘤反应评价标准(RECIST)1.1版进行评估。治疗结束后90天，局部控制率为100%，客观反应率为28.26%。根据不良事件通用术语标准(CTC.AE)4.03版评估，没有不良事件发生。
