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重粒子(Heavy Particle) 是指比質子質量更大的粒子。
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目前日本臨床應用的重粒子是指碳離子(也稱碳粒子)。
＊粒子治療係指用質子以上的粒子進行放射 治療，包括中子、質子及重離子，略稱為重離子治療、重粒子治療，或分別稱為質子治療、碳離子治療。1904年，英國物理學家 Willian Henry Bragg指出高能帶電離子束在射程的末端(腫瘤區域)會釋放出大部份的能量而形成所謂的布拉格峰Bragg Peak （如左圖）。
強大的、能量集中的、精準的、副作用極低
"不痛不癢" 優質有良效的先端放射治療
＊利用上述的物理效應(布拉格峰Bragg Peak)，重粒子放射治療能精準對腫瘤釋放出強大的能量，且降低對正常細胞的傷害。因此，重粒子(碳離子)治癌主要為難治療的腫瘤 (深部的、局部的、巨大的、低氧含量Hypoxia腫瘤其輻射抗性強、或重要器官旁之腫瘤）癌症病人，在不用開刀的情況下開一扇治癒希望之窗；亦可與其他尖端療法合併治療(Combined Therapy)達 到有效緩和及改善病情，提升病人生活品質，延年益壽。
重粒子束流之能量釋放隨著其穿透距離之增 加而增加，當重粒子束流前進至某一深度時 會大量釋放本身攜帶能量(即布拉格峰“Bragg peak”)，利用此現像讓高輻射能量集中於腫瘤部位，產生療效。
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臨床生物效應高：相對生物效應比值(RBE)約為X-光及質子的2.5-3倍，有良好的療效且癌症復發率較低。
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良好、精準的輻射分布：布拉格峰(Bragg Peak)到達腫瘤深度時才釋放出全部的能量。
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副作用低：對人體正常組織的傷害及副作用很小，治療次數遠少於質子及光子(Hypofraction) ，有效緩和及改善病情，病人可從事體力負擔低的工作或進行輕型休閒活動。
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重粒子治療儀器裡面有三個重要組成：粒子注射系統(injector)、同步加速器(Synchrotron)、掃瞄式治療室（Scanning beam treatment room)。
重粒子運用於臨床醫療上，需要透過設備之粒子注射系統(injector)剝離電子且初步加速碳離子再傳送至同步加速器(synchrotron)之磁場內加速到光速之70％後，產生強大且集中的帶高能量之碳離子，再引入掃描式治療室(scanning beam treatment room)，使粒子射束在治療前透過3D影像引導下治療，經過術前電腦治療計畫(treatment planning)規劃出最好的劑量分佈及射束給予路徑，精準的將碳離子傳導至腫瘤的部位，將輻射能量集中在腫瘤本身及旁區；精準、強力的殺死腫瘤癌細胞，並且能將過程中對身體或腫瘤旁的正常細胞其傷害降至最低。
(圖)日本放射總合學院重粒子中心(NIRS)
HIMAC鳥瞰圖
運用上述精密的醫療設備，使重粒子精準定位，加上重粒子的優良物理特性布拉格峰(Bragg Peak)，使重粒子能量束只有在抵達腫瘤細胞目標時才會釋放出大部分的輻射能量；射束精準，低副作用，高強能量集中於腫瘤區，不用手術達成滅除腫瘤之目的。
療程較短：
相對於傳統放射治療，重粒子治療所需的治療次數較少。一般情況下，每次治療程序(包括上、下治療台，確認高端機械手臂治療台之定位，再施予重離子放射治療等)時間共約20～30分鐘，碳離子真正射入人體時間僅數分鐘； 平常每周可治療5天，持續2-3周；治療周期的長短取決於腫瘤特性需要及其位置。
不須住院：
大多數治療病人在接受重粒子治療期間，不會因治療而產生疼痛及不適症狀，且類似門診每日治療結束後依醫囑禁菸禁酒即可離開，並可進行輕型的日常活動。
對腫瘤周邊正常組織的傷害小：
利用重粒子「布拉格峰」的物理特性，可大幅減少治療過程中，對腫瘤周邊正常組織的放射性輻射傷害。
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相對於舉世癌症病人直線增加，台灣每年約有10萬人初次診斷出癌症，約有4萬多人死於惡性腫瘤。
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癌症成為台灣十大死因之首，另依日本長期臨床經驗，以癌症的病人來統計估算約3%~5%，適合接受重粒子治療，即台灣每年至少有3000位新病例適合此先端儀器之治療。
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較嚴重或複雜的病人必要時可合併其他治癌方式 (combined therapy)，如化療、標靶及免疫治療等妥善應用以提升治癌效果。
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重粒子治療其副作用低，並能提升病患生活品質並延年益壽。
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讓難治療的癌症腫瘤或不希望手術治療的癌症病人，能開一扇治好或治癒的希望之窗。
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增加了對部分腫瘤之治療有優良療效之一的新選擇。
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進一步提升治癌的品質、效益和國際治癌水準。
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日本現階段共有6處重粒子(碳離子)中心:
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建造中的有日本山形縣、沖繩縣等。
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累積到2018年7月，共約兩萬名病患有良好治療效果。
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千葉縣放射總合研究所重粒子中心（NIRS）1994年起開始做臨床試驗，測試效果良好；穩定後，共約十年(2003年)才批准開始先端醫療之臨床治療，並持續部分臨床試驗以策精進。
1.重粒子的布拉格峰輻射劑量分布相似於質子，但其側面散射劑量優於質子。
2.重粒子的輻射生物效益(RBE)為質子或傳統直線加速器高能光子的2~3倍。
3.質子治療與高能光子對於缺氧癌細胞(Hypoxia tumor cell)的殺傷力較為不足，重粒子治療的殺癌能力則不受癌細胞本身氧氣濃度的影響，可治療傳統放射線及質子難以控制的腫瘤，因而更有效的提高腫瘤控制率或治癒力、增加病人存活率及改善病人的生活品質(療效優，復發率低)。
放射治療儀比較表
現階段發展重粒子治療的地區有：
德國、義大利、奧地利、中國、日本、韓國、台灣等
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1991年美國加州Loma Linda University Medical Center (LLUMC) 啟用世界上第一座醫學專用質子治療設備，正式宣告粒子治療進入醫學領域。
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日本為重粒子治療領域的先驅者，日本政府於1957年成立「放射線醫學總合研究所」（NIRS），經過日本政府多年的抗癌國家計畫，1984年斥資數百億日圓於日本千葉縣成立全球知名世界首座專用重離子治療中心，其面積約為120公尺X80公尺，名為HIMAC(Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba)，另外，現代先進的大阪重粒子醫學中心，已經面積大幅縮減為70公尺X55公尺。
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治療難治的癌症 (復發的、深部的、巨大的、重要器官旁之腫瘤)
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不適合麻醉、心肺功能不佳、高齡虛弱的癌症病人
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手術困難以及使用傳統放射線無效的癌症
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治療期間短暫，低侵入性
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病患心裡感覺良好，高品質的術後生活
難治的癌症包含:
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局部的、深部的、巨大的、含氧量低的(Hypoxia tumor)、及重要器官旁邊的惡性腫瘤
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非鱗狀細胞癌的頭頸部腫瘤
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巨大的顱底及尾椎腫瘤(脊索瘤Chordoma)
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手術治療後復發的直腸腫瘤
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無法手術切除的惡性腫瘤
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需要再次接受傳統放射治療的復發惡性腫瘤
不適應症或禁忌症 (Contraindications)
--血液系统腫瘤，如白血病、多發性骨髓瘤等為不適宜。 （但局部侵犯淋巴結腺之中、大型難處理腫瘤則可考慮接受重粒子治療。）
--消化系管道黏膜原發性腫瘤：如部份食道癌，胃癌，大、小腸癌本身為不適宜（但復發性直腸癌則可接受重粒子治療。)
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國內無專門養成訓練機構，專業人員及資源較少。
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建置成本高，設備貴重加建築預算約為42~45億台幣，且需3~4年的建設建置時程。
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整體專業、技術性及複雜性高。
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為籌設重粒子癌症治療中心，醫學中心需投入龐大的專業人力、心力及物力。
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由於重粒子放射治療為先端醫療技術的引進，必須經由人體試驗取得衛生主管機關之核准後始得成為正式醫療服務項目。
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初步規劃為自費治療，將來需經營結合醫療保險之合作及爭取健保署於放射治療部份分攤之可能。
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目前因質子或碳離子治療屬於先端醫療，醫療費用較高；健保署尚無准予給付費用，須由患者自行負擔及籌措治療費；也許將來適宜和醫療保險合作拓展服務，或爭取經健保署審核通過部分分攤。
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針對弱勢或貧困病人經醫師或經醫學中心重粒子醫療倫理審議委員會評估符合適應症且必須使用重粒子治療時，需有良善配套措施；其可藉由社福管道尋求醫療協助，如醫療相關之慈善基金會或擁有重粒子治癌之醫學中心提撥一定比例來予以全額救助或補助，使弱勢患者亦可受惠診療。
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引進先端優質治癌技術，來造福國人，精進提升醫療水準，馳名國際。
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以人本醫療為核心價值，先端治癌救人為服務目標。
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發展引進此先端醫療服務，其推動工作是絕對付出的、非常辛苦和艱難的任務，期許重粒子治療發展能讓治癌水準更上層樓；一定不是醫療設備的武器競賽，不會、也不可能是營利導向。