放射線治療に一般的に使用されているものは、X線やγ線で電磁波の一種です（波長を持った光のようなもの）。これに対し、重粒子線や陽子線、速中性子線は炭素やネオン、陽子、中性子といったものを加速することによって得られるものです。

治療用に使用される従来の放射線は体表面（皮膚）の近くで、最も強く、体の深い部位に進むにつれて、弱くなっていきます。すると、体の深い部位にあるがんを治療しようとすると、その前後にある正常組織にも、強く放射線があたることになり、結果として正常組織が損傷を受けやすくなります。これに対して、重粒子線は体のある深さで最も強くなり、その前後では、かなり弱くなります。これにより、がんを取り囲む、正常組織への影響をより少なくすることができるのです。これが第１の相違点です。（図１参照）

【図1】

第2の相違点は、放射線の性質です。治療効果を示す目安としては、生物学的効果比（RBE）と酸素効果比（OER）があります。RBEはがんに及ぼす作用の大きさを示しOERは、がん細胞の放射線に対する感受性の度合いを示します。従って、RBEは大きいほど、OERは小さいほど効果的なわけですが、重粒子線は通常の放射線に比べ、RBEで約3倍、OERで約2倍となり、効果的にがんを殺すわけです。（図２参照）

【図2】

陽子線は、線量の集中性は重粒子線と同等ですが、RBEで約１～1.1倍でOERはX線ガンマ線とほぼ同じとなります。この性質により、陽子線治療では正常な組織への影響を最小限に抑え、がんの病巣に通常のＸ線治療より多い線量を集中化することが可能になります。

以上の線量分布の良さ、がんそのものへの高い効果によって、非常に効果的な治療となるのです。

重粒子線治療や陽子線治療は、通常の放射線治療よりも大きな装置が必要になるため、現在日本においては数施設のみで行われています。治療対象としては、肺や肝臓など「実質臓器」と呼ばれる臓器や、ほかの方法では治療がむずかしい部位が対象となっています。なお、まだ臨床試験・先進医療の段階で、保険収載されておらず、誰でもどんながんの状況でも治療できるわけではありません。