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传统的放疗可能会损伤周围健康组织，对患者的身体造成不可逆的损伤。而质子治疗能够更加准确地定位癌细胞的位置，避免对正常细胞的损伤。因此，当肿瘤靠近重要器官时，质子治疗通常是一个更好的选择，它通常适用于那些需要高精度辐射治疗并保护周围正常组织的恶性肿瘤患者。
质子治疗可以用于脑膜瘤、脑胶质瘤、垂体瘤、听神经瘤及星形细胞瘤等中枢神经系统肿瘤以及脊索瘤、（软骨）肉瘤等颅底肿瘤。质子治疗适用于绝大部分需要放疗参与的头颈部肿瘤（如鼻咽癌、鼻窦癌、口腔癌等），尤其适用于对常规光子放疗抗拒的腺样囊性癌、软组织肉瘤及复发性肿瘤等。无论是早、中期非小细胞肺癌，还是局部晚期非小细胞肺癌，通过质子治疗都可以获得良好的预后。另外，对于一些转移到肺部的病灶，质子治疗也可以获得良好的预后。
由于儿童放射线敏感性高于成人，传统的放射治疗会造成儿童肝脏、肾脏、脊髓、卵巢或睾丸等重要器官的放射性损伤。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，从而解决了儿童患者放射治疗中的难题。
