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放射治疗的较理想效果是给予肿瘤细胞治疗剂量，而不损伤正常组织。传统的放射治疗方法，肿瘤周围的健康组织也会受到一定的放射线照射，由于正常组织对射线有一定的耐受量，限定了肿瘤治疗的安全剂量，该安全剂量难以达到完全杀死肿瘤组织。质子刀治疗时肿瘤前端的组织仅受到极小量的照射，对肿瘤后面和侧面的正常组织照射为零，几乎不会损伤正常组织，使肿瘤靶区的放射剂量达到峰值，从而对肿瘤组织施以足够的打击。这种立体的精细准确"定向定点爆破"技术保证了质子治疗的精细准确度，医生可以精细准确控制其所到达的部位，将所含的能量全部用于杀死肿瘤细胞而保护周边正常组织不受伤害。提高了疗效和治好率，这是传统放疗技术无法达到的。
传统放射治疗中的射线随机体组织的深入，能量逐渐衰减，而质子作为带正电荷的离子，以极高的速度进入人体，在体内与正常组织或细胞发生作用的机会极低，当到达癌细胞的特定部位时，速度突然降低并停止，释放很大能量，产生Bragg峰，将癌细胞杀死。
目前放射治疗技术虽在肿瘤治疗中已取得了明显的疗效，但由于X射线或γ射线是以指数形式衰减，其射程无法控制，所以对浅层组织和肿瘤后的正常组织损伤较大；而质子治疗时肿瘤前端的组织仅受到极小量的照射，对肿瘤后面和侧面的正常组织照射为零，几乎不会损伤正常组织。
