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质子重离子治疗适合未多发转移的实体肿瘤，比如脑、眼部、鼻咽部、肺、肝、和前列腺等部位的肿瘤。另外，无法耐受手术早期癌症患者，比如一些合并多种疾病的老人，或者病人就是不想做手术，那么可以考虑做这个治疗。或者癌症局部复发灶，且复发位置很刁钻，不方便手术甚至无法做手术，而又不能耐受化疗，这种局部复发灶，可考虑采用放疗，质子放疗当然更好。
实际上，质子重离子治疗属于放疗手段，也可以理解成升级版放疗。相比于传统的化疗，质子重离子治疗能够取得更好的治疗效果，而且在治疗的过程中对人体组织的危害更小。其中质子治疗主要是破坏癌细胞的DNA单链，细胞还有修复的可能性。而重离子治疗主要是破坏DNA的双链，达到“杀死”癌细胞的目的。
质子射线和重离子射线在射入人体后会存在一个集中能量的Bragg峰，通过调节能量使Bragg峰正好作用于不同深度和大小的肿瘤上，肿瘤在高剂量的射线里对周围的影响非常小。而且重离子的作用不受氧浓度影响，即使是乏氧癌细胞也会产生不可修复的损伤。
