带电粒子辐射治疗肿瘤始于20世纪50年代。在伯克利的劳伦斯国家实验室用粒子辐射进行了不同的临床治疗。由于当时肿瘤成像诊断技术和放射治疗技术的落后，带电粒子放射治疗失败。直到1990年，加州大学洛玛林达(LLUMC)才建造了世界上第一个致力于医疗保健的质子同步加速器。随着计算机技术的发展，医学成像技术、放射控制技术和放射治疗计划系统取得了革命性的进展，最终在肿瘤质子放射治疗方面取得了很大进展。他们在肿瘤和一些良性疾病的临床治疗、减少放射不良反应和并发症、提高肿瘤控制率等方面取得了良好的效果，使质子放射治疗在美国、欧洲和日本得到了发展。
　　临床实践表明，质子疗法对肿瘤患者、长寿肿瘤、大剂量辐射特别有用，但需要保护其免受前列腺癌、头颈癌、脑瘤、肺癌、肝癌等正常器官免疫的肿瘤的侵袭。"此外，还为老年患者、因并发心肺疾病而不适合手术的患者或常规光子放射治疗不耐药的患者提供无创治疗。重离子放射治疗的研究主要是在国家放射医学研究所(NIRS)和德国国家重离子研究所(GSI)进行的。放射物理学和辐射生物学的研究表明，碳离子更适合于肿瘤的放射治疗。NIRS和GSI的临床试验表明，碳离子放射治疗优于质子放射治疗，尤其是其放射生物学效应明显强于光子，对骨、软组织等发光肿瘤的杀伤作用较强。肉瘤、黑色素瘤、大肿瘤中含有大量低氧细胞，且复发风险高。NIRS和GSI的临床应用表明，碳离子放射治疗比光子和质子治疗有更大的提高肿瘤放射治疗效果的潜力。
　　虽然质子和重离子粒子放射治疗被国际放射治疗界认为是进一步提高放射治疗效果的最有希望的新技术，但从卫生经济投入和产出的角度来看，粒子放射治疗中心的建设投资巨大，投资回收存在一定困难。
　　因此，在全球范围内，粒子放射治疗中心的数目仍然非常少。此外，质子重离子放射治疗仅在临床应用20多年，累计治疗仅150000例。与光子放射治疗的历史相比，质子重离子放射治疗技术还处于100多年的发展阶段。还需要进一步改进，包括使用图像引导的放射治疗技术;控制肺癌、肝癌和其他呼吸活动的靶区;减少PEN扫描技术对目标区域准确性的负面影响;确定最适合肿瘤不同阶段的剂量、总剂量和总暴露时间。有必要进一步研究碳离子的放射生物学特性，特别是在临床放射治疗中。如何充分利用碳离子辐射杀死肿瘤，而不是增加正常组织的损伤，是本研究的重点。