“粒子射線” 依質(zhì)量與電荷大小，可分為“輕粒子射線”與“重粒子射線”。直線加速器治療機所產(chǎn)生的電子射線，屬輕粒子射線，至于“重粒子”因質(zhì)量較重且電荷較大(亦稱重離子 )，需利用較大功率的回旋加速器或同步加速器，將粒子加速至幾近光速，所制造出的射線，稱為重粒子射線。“質(zhì)子” 是氫原子去掉電子，質(zhì)子射線則是介于輕粒子射線與重粒子射線之間的射線。

傳統(tǒng)放射線治療在穿透人體表淺組織時能量最強，但到達深度腫瘤時，能量卻已轉(zhuǎn)弱， 不僅治療效果打折扣，放射線穿越經(jīng)過的正常組織亦會受到破壞，患者易有表皮組織纖維化及骨頭壞死、 身體不適等不良反應(yīng)。質(zhì)子射線及重粒子射線則對正常組織也有較好的保護作用，能改善此一治療困境。在接近腫瘤病灶時，重粒子射線與質(zhì)子射線一樣，均可釋放出100%的能量，達到最好治療效果。傳統(tǒng)放射線治療在腫瘤后面的正常組織也有可能受到殘存能量的傷害，具體為 X 射線還殘存60%的能量，伽馬射線及中子射線仍有40%的能量，只有重粒子射線與質(zhì)子射線幾無任何能量的釋放。經(jīng)過精準(zhǔn)定位， 質(zhì)子與重粒子治療仿如深水炸彈，只有在抵達腫瘤細胞目標(biāo)時才會引爆， 穿過正常組 織時并不會造成傷害。

放射線治療腫瘤的能力主要取決于放射能量對于細胞所產(chǎn)生的生物效應(yīng) ( RBE) 的多寡，X光射線的RBE接近一倍， 質(zhì)子射線為1.1倍，粒子射線則為3倍以上，重粒子線爆炸的威力因此遠超過傳統(tǒng)放射線，重粒子射線又比質(zhì)子射線更能重創(chuàng)腫瘤細胞。因此，重粒子治療優(yōu)于質(zhì)子射線治療，更勝于傳統(tǒng)的光子與電子放射線治療。

然而質(zhì)子與重粒子治療仍屬于局部治療，主要針對傳統(tǒng)局部治療，如手術(shù) 或放射線治療困難或是難以治療的腫瘤(如早期肺癌，但卻因年邁或身體其他狀況無法接受手術(shù)切除的患者)。如果腫瘤已經(jīng)擴散，就不適合使用。

現(xiàn)在， 由于低劑量電腦斷層的使用， 發(fā)現(xiàn)多發(fā)性早期原發(fā)肺癌(不是轉(zhuǎn)移) 的病例愈來愈多，對這些患者，很難將所有肺部腫瘤逐一切除而不嚴(yán)重?fù)p傷肺功能，質(zhì)子或是重粒子治療(如不考慮昂貴的費用) 將是最好的選擇。