La radiothérapie par protons et ions lourds possède une histoire de plus d'un siècle depuis la découverte de ces rayonnements ionisants. Les rayons protons et ions lourds présentent un avantage évident par rapport aux rayons X en termes de distribution physique de la dose. Après pénétration dans un milieu, l'énergie du rayonnement est brusquement libérée à une certaine profondeur, formant une zone à haute dose appelée phénomène du "pic de Bragg". Ainsi, les rayons protons et ions lourds protègent mieux les tissus sains entourant la tumeur. L'efficacité biologique relative (relative biological effectiveness, RBE) des protons est légèrement supérieure à celle des rayons X, environ 1,1 à 1,2 fois plus. Actuellement, l'ion lourd principalement utilisé en radiothérapie clinique est l'ion carbone. Les rayons ions carbone possèdent un effet plus puissant d’élimination tumorale, avec un RBE de 2 à 3 fois celui des rayons X, surtout contre les tumeurs résistantes aux rayons X (comme les cellules tumorales hypoxiques). Le rapport d'amélioration à l'oxygène (oxygen enhancement ratio, OER) est d'environ 2, inférieur à celui des rayons X qui est d'environ 3. Il existe actuellement 128 centres de protons et 17 centres d'ions lourds en fonctionnement dans le monde. En 2024, le nombre global de patients traités par protons dépasse 350 000 et par ions lourds plus de 50 000. Le Centre Proton et Ions Lourds de l'Hôpital de Cancérologie affilié à l'Université Fudan de Shanghai est le premier centre de radiothérapie par protons et ions lourds en Chine, officiellement en service depuis mai 2015. Au cours des 11 dernières années, la technologie de proton-thérapie et de carbonothérapie a été développée de zéro avec certaines améliorations techniques des équipements. Des protocoles cliniques standards ont été établis pour le traitement des différentes tumeurs par proton-thérapie et carbonothérapie. En mai 2026, 9317 patients ont été traités, avec une proportion de 75 % recevant un traitement combiné par ions carbone ou rayons X/protons plus ions carbone. Les résultats cliniques montrent que la carbonothérapie est plus efficace que la radiothérapie aux rayons X pour les récidives du cancer du nasopharynx, le glioblastome cérébral et le cancer du pancréas localement avancé non opérable. Pour le cancer du poumon non à petites cellules précoce et localement avancé, le carcinome hépatique primitif et le cancer de la prostate localisé, l'efficacité de la carbonothérapie est comparable à celle des rayons X, mais avec des effets secondaires beaucoup moins importants. Le coût d’achat et d’exploitation des équipements de proton-thérapie est élevé, et le remplacement de la radiothérapie par rayons X par la proton-thérapie à court terme est donc improbable, mais la réduction du prix des équipements fera de la proton-thérapie la principale direction du développement de la radiothérapie en Chine. La carbonothérapie est une technologie en développement qui n’a pas encore atteint sa maturité complète et nécessite encore des recherches en radiobiologie et en applications cliniques, mais elle a déjà démontré une efficacité nettement supérieure à la radiothérapie aux rayons X ainsi que des avantages radiobiologiques par rapport à la proton-thérapie. Ainsi, les ions carbone et autres ions lourds représentent une voie prometteuse pour le traitement des tumeurs. En raison des coûts importants, ces traitements ne sont actuellement réalisés que dans quelques grands hôpitaux, et ne deviendront pas la modalité dominante du traitement des tumeurs à court terme.

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