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所谓质子，就是指氢原子剥去电子后带有正电荷的粒子。氢原子通过加速器高能加速，成为穿透力很强的电离放射线，这就是质子放射线。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(Braggpeak)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。
空腔脏器的肿瘤一般是不会做质子放疗的，尤其是对于没有远处转移的中早期患者，通常来说传统的手术加上术后或者术前的辅助化疗会获得更好的效果。另外胃肠道本身具有蠕动特性（你拿个听诊器听听肚子，正常情况下每分钟能听到4-5次咕噜声，这就是肠道蠕动时发出的声音），这一特性对于照射精度要求非常高的质子治疗来说很棘手，所以大多数情况下，质子治疗是不用于胃肠道肿瘤的。
质子治疗是利用失掉电子的氢原子原子核，经回旋加速器或者同步加速器加速到光速约70%，高速穿透到人体内部，到达病灶区域，然后速度突然降低并停止，释放出大能量，产生具有强大杀伤力的布拉格峰，将有害细胞杀死，同时有效地保护周围正常组织不受损害。
质子治疗的五年生存率达到80%以上。质子治疗可以通过准确“定向定点爆破”技术，使重要器官和组织免受损伤。
