重离子高的相对生物学效应(relative biological effectiveness，简称RBE)是将其应用于放疗治癌的生物学优势。生物有效剂量(GyE)=RBE×重离子的物理吸收剂量(Gy)。RBE值的准确建立是实现重离子束治癌的关键技术之一。　　 本论文选取了三种不同传能线密度(LET)的碳离子，96keV/μm、172keV/μm和13.7keV/μm，分别代表物理性状各异的近Bragg峰、Bragg峰区和坪区，以放疗中常用的细胞存活为生物终点，结合细胞分化，测定了几种癌细胞和正常细胞经单次(分次)重离子辐照以后的RBE值。同样，生物有效剂量的验证实验反过来又可以检验所应用的RBE值的准确性，论文后半部分报告了几个在德国GSI的重离子治癌装置上所做的生物有效剂量的验证实验。现将取得的结果总结如下：　　 1.通过96keV/μm、172keV/μm和13.7keV/μm的碳离子辐照癌细胞和正常细胞的实验，并与γ射线(或X射线)的结果作比较，得到RBE值由大到小的排列顺序是：Bragg峰区、近Bragg峰区和坪区。　　 2.分次照射的结果表明：细胞在近Bragg峰区的修复效应较小，两次照射的RBE值比单次照射的RBE值大。细胞在坪区的修复效应明显，两次照射的最大RBE值反而比单次照射的最大RBE值小，表明分次照射有利于健康组织的保护；以细胞分化为生物终点所获得的RBE在单次和两次照射时均约为1，表明就辐射诱导的成纤维细胞的提早分化而言，重离子坪区的效应与X射线的效应类似，没有加重的迹象。　　 3.通过三个验证实验的测试结果与理论计算结果的比较表明：靶子的形状与治疗计划设计的形状一致，靶部位、束流通道上和靶外没有受到辐照部位的细胞存活率也与计算结果一致。这种符合性极好地证明了重离子治疗计划中各个束流扫描点局部RBE值及相应剂量计算的准确性和精确性。即使是形状不规则的肿瘤，也可以在靶部位得到分布均匀的生物有效剂量，很好地保护肿瘤周围的敏感健康组织。　　 4.展宽Bragg峰(SOBP)上单次、分次实验表明：SOBP峰区的细胞存活分数要比坪区和峰后的存活分数低，与剂量分布一致；分次照射时，峰区的修复效应比坪区的修复效应小。此外，SOBP上分化细胞的百分数较高；在坪区和峰上，两次照射的分化细胞百分数比单次照射的分化细胞百分数明显降低。表明分次照射可以降低重离子辐射引起的成纤维细胞的提早分化，减轻辐射晚期效应。