本书从重离子放射物理学及放射生物学基础入手，概述重离子的生物物理特性，分析碳离子治癌的原理和优势，介绍质子碳离子治疗加速器的结构与实现方案、质子碳离子束流配送方式及根据不同束流配送系统实现质子碳离子调强适形照射治疗的方法。为搭建质子碳离子加速器装置与临床治疗之间的桥梁，本书介绍了质子碳离子治疗计划系统，同时对配合质子碳离子治疗的患者定位系统进行了说明，本书还对质子碳离子临床治疗的安排设计、操作过程、治疗结果和一些问题进行了展示和讨论，最后对质子碳离子治疗未来的发展从实现的可能性及技术等角度进行了展望。

第一章 质子碳离子治疗肿瘤的物理学基础
第一节 原子与离子
第二节 离子在物质中的慢化
第三节 离子与靶物质原子的碰撞过程
一、离子与靶原子中核外电子的非弹性碰撞
二、离子与靶原子核的非弹性碰撞
三、离子与靶原子核的弹性碰撞
四、离子与靶原子中核外电子的弹性碰撞
第四节 离子的电子阻止本领
第五节 离子的电荷交换效应
第六节 离子的核阻止本领
第七节 离子在物质中的比电离
第八节 离子在物质中的射程
第九节 离子在物质中的散射
第十节 离子在物质中的歧离现象
一、能量歧离
二、射程歧离
三、角度歧离
第十一节 质子碳离子在肿瘤治疗中常用物理量
一、相关物理量
二、传能线密度
三、相对生物效率
第十二节 重离子在肿瘤治疗中的优势
一、独特的深度剂量分布
二、小的横向散射与射程歧离
三、可在线监控离子的位置与强度
四、可获得剂量均匀的大照射野
五、灵活的束流配送方式可实现调强适形治疗
第十三节 治疗肿瘤的离子参数优化选择
一、离子种类
二、离子能量
三、离子剂量
第二章 质子碳离子肿瘤治疗的生物学基础
第一节 直接作用和间接作用
第二节 细胞死亡类型与剂量存活曲线
一、质子碳离子照射引起细胞死亡的原因
二、质子碳离子照射引起细胞死亡的类型
三、细胞剂量存活曲线与辐射生物学效应模型
四、影响细胞剂量存活曲线的因素
第三节 相对生物效率与传能线密度的关系
第四节 氧效应与氧增强比
一、氧效应
二、氧增强比
三、氧效应的需氧浓度
四、照射时间对氧效应的影响
五、氧效应的机制
六、质子和碳离子辐射的氧效应
七、乏氧肿瘤细胞
八、乏氧细胞再氧合
第五节 分割放疗的生物学基础
一、放射治疗及其分类
二、分割放疗的生物学基础
三、重离子分割放疗的生物学基础
第六节 质子碳离子辐射对生物大分子的损伤
一、质子碳离子对DNA分子的辐射效应
二、质子碳离子对I蝌A、蛋白质和脂肪分子的辐射效应
第七节 质子、碳离子束辐照对细胞的影响
一、质子碳离子对细胞影响概述
二、质子碳离子对细胞的命运决定
三、质子碳离子对细胞器的影响
第八节 质子碳离子束辐照对组织的损伤
一、质子碳离子对造血系统的作用
二、质子碳离子对肺组织的作用
三、质子碳离子对皮肤的作用
四、质子碳离子对肠的作用
五、质子碳离子对血管的作用
第九节 非靶效应
一、基因组不稳定性
二、旁效应
三、远端效应
第三章 质子碳离子治疗肿瘤的医学物理基础
第一节 质子与碳离子肿瘤的医学物理优势
第二节 质子和碳离子肿瘤治疗技术的治疗计划系统
一、质子碳离子肿瘤治疗计划的剂量算法
二、离子放疗的不确定性及自适应计划
三、离子放疗治疗计划的鲁棒优化和鲁棒性评估
四、小结
第四章 质子碳离子加速器技术
第一节 带电粒子在电磁场中的运动
一、带电粒子在电磁场中的受力
二、带电粒子在电磁场中运动
第二节 粒子加速器
一、高压加速器
二、直线加速器
三、回旋加速器
第三节 束流传输
第四节 医用质子重离子加速器
一、回旋加速器
二、同步加速器
三、直线加速器
第五节 小型化质子重离子加速器
第五章 质子重离子肿瘤治疗技术的临床实践
第一节 质子重离子肿瘤治疗技术临床应用的概况
第二节 质子重离子肿瘤治疗技术优势的临床体现
一、质子重离子物理学优势的临床体现
二、质子重离子生物学优势的临床体现
第三节 常见恶性肿瘤质子碳离子治疗的临床结果
一、放射治疗后复发头颈部肿瘤
二、初治鼻咽癌
三、口咽肿瘤
四、头颈部黏膜恶性黑色素瘤
五、头颈部骨/软骨、软组织肉瘤
六、非小细胞肺癌
七、食管恶性肿瘤
八、肝细胞癌
九、局部晚期胰腺癌
十、前列腺癌
第四节 总结与展望
第六章 肿瘤放射治疗技术展望
第一节 调强适形放射治疗技术
一、三维适形放疗
二、调强适形放疗
三、立体定向放射治疗
四、图像引导放射治疗
五、其他调强适形精准放疗技术
第二节 FLASH放疗技术
一、FLASH放疗
二、FLASH放疗的抗肿瘤效应
三、FLASH放疗对正常组织的保护作用
四、FLASH放疗生物学效应的机制
五、FLASH-RT的临床转化和应用
第三节 空间分割放疗技术
一、SFRT的发展历史和种类
二、SFRT的剂量分布特点
三、SFRT的生物学效应和机制
四、SFRT的临床结果
五、SFRT的发展和展望
第四节 多线束放疗技术
一、高LET和低LET多线束混合线束的RBE模型
二、中子束和光