质子刀之原理为利用带正电荷的质子在电场中持续加速，达到一定速度和能量之后，射入标的物之内，利用布拉格尖峰现象，对特定标的物内在某一深度位置释放大量能量，以达到对物体特定深度区域进行破坏之目的。
质子治疗非常适合接近处于风险中的串行器官的癌症，包括脊索瘤，鼻咽癌，鼻旁鼻窦癌和颅内肿瘤。另一方面，质子治疗也可以使处于风险中的平行器官附近的癌症受益，因为处于风险中的平行器官对辐照量敏感，通过质子治疗可以大大降低辐射量。哪些患者适合质子治疗呢？
1、头颈癌
放射疗法是头颈癌的重要治疗方式。相比光子治疗，其中包括较 新的技术，例如VMAT和IMRT，质子疗法已显示的优点，用于保护脑干，唾液腺，脊髓，和喉。
较 近的几项剂量测定研究已经证实使用质子治疗口咽癌的剂量对至正常组织损伤较 低，与IMRT计划相比，质子治疗计划中的脑干，小脑，后口腔，咽喉收缩器和食道等正常组织的剂量明显低于对照组。作为一种中 国南方城市常见的癌症，鼻咽癌的发病部位通常很靠近眼睛和颅神经，质子治疗可以更好的保护这些重要的组织器官。
2、乳腺癌
保乳手术后的辅助性放疗可以降低复发和死亡几率，但是，普通放疗会引起的长期心血管毒性和增加患第二种癌症的风险。与IMRT相比，质子治疗有可能减少短期和长期副作用，尤其是心脏，肺和淋巴结。对于乳腺癌的质子疗法，平均而言，与常规X线放疗相比，心脏没有辐射，而肺部遭受的辐射减少50％。目前较 先 进的质子治疗形式，称为笔形束扫描，来靶向乳腺癌肿瘤并以 的精 确度提供放射治疗。
由于质子治疗在肿瘤部位停止，因此可以较 大限度地减少对健康组织的损害。这降低了并发症的风险，包括继发性癌症，心脏损伤或肺部暴露的可能性。
3、肝癌
剂量学研究表明，与VMAT相比，IMPT可以降低对正常组织的剂量，从而避免放射线引起的肝毒性。对于大于5cm的大肿瘤或位置复杂的肿瘤（如肝门，中央肿瘤），不适合进行光子疗法，而质子疗法已证明它能够提供更高的剂量到目标体积而不增加肝毒性的风险。
4、小儿癌症
近10年儿科癌症患者的生存期有所改善，因此人们越来越关注减少长期副作用以改善患者的生活质量。据报道，这些癌症幸存者中有60％以上会经历一种或多种与辐射有关的晚期毒性，由于处于快速生长发育的阶段，他们的器官都较成人更易受放射线影响。若非必要，对小朋友会尽量避免或减少针对脑部之放疗剂量。除中枢神经系统外，放射线对于快速分裂的细胞也有显著的影响，因此小朋友的身高、视力、以及生殖系统，都可能受到损害。由于儿癌病童存活率上升，放射线更长期的副作用，也可能陆续在小朋友成长的过程中出现，比方心血管系统的冠状动脉疾病、及中风机率上升等，甚至增加成年后罹患第二种癌症的几率。已经有充分的临床数据证明，质子治疗可以保留许多正常组织，并减少高危器官的整体剂量。
由于质子放射治疗具备能够减少散射剂量的优势，可说是未来儿癌放射治疗必然的趋势。在欧美等先进国 家癌症中，儿癌对质子治疗的接受度可说是较 高的。由于小朋友们快速的生长发育，身体对放射剂量造成的副作用较为敏感，因此质子的好处在儿癌格外凸显。
5、二次照射
初次放疗治疗失败是导致肿瘤复发的原因之一，并且通常无法切除。在这些情况下，用光子重新照射是重要的治疗选择。但是，由于器官处于风险剂量限制之下，因此很难实现全剂量的二次照射。因此，质子治疗作为一种高度精 确的放射治疗技术，可以作为二次照射的较 佳选择。
