最近几年间，质子治疗癌症的方法突然受到医学界的重视，其中很重要的一个原因是计算机断层扫描（CAT）的成熟和日臻完善。质子治癌最有效的阶段是在癌症发病早期。而CAT技术可使癌细胞在只有几厘米大小而且尚未扩散的时候，便可被早期发现，并精确定位。就在这个时候再加上加速器产生的质子照射，便可以使癌症得到最佳的治疗。
质子是怎样杀死癌细胞的呢？当加速器将质子加速到将近光速时，质子会带有极大的能量，它可以穿透皮肤，进入人体，并与细胞、组织发生反应，达到杀死癌细胞的目的。其过程的机制是：当质子进入人体并到达癌细胞所在位置时，带正电子的质子会吸引癌细胞中的电子。在生物辐射效应中，原子失去电子的过程，就是“辐射游离”。由于发生游离的部位恰好是在癌细胞的双螺旋形（DNA）上，当双螺旋形上的大量基因被破坏到无法修复的程度时，癌细胞也就被杀死了。这个过程，其实与传统的钴60或X光照射的肿瘤放射疗法相似，只是产生游离的能量来源不同而已。质子照射的最大优点是，它几乎不会照射到正常的细胞与组织，这一点是目前不论以放射线或放射线药物治疗癌症都没能做到的。
传统的以放射线照射癌细胞，所以会伤害正常组织和细胞的原因，是当放射线进入人体时，从接触皮肤直到到达癌细胞所在位置，其能量呈逐渐递减分布的。而高能量的质子进入人体后，发生辐射游离效应的过程与传统放射线有所不同。由于质子是以极高的速度进入人体的，在它行进的过程中，与细胞发生作用的机会极少，只有在速度降低，快要停止之前，才会释出能量并与细胞的原子发生作用。于是，生物物理学家利用控制质子进入人体能量的大小，可以做到让它在自己所希望的位置上停止。也就是说，可以控制质子停在癌细胞的位置上，将所含有的能量全部用于杀死癌细胞。
目前，全世界已有16个物理学研究所或医学单位拥有质子治癌中心，准备计划兴建的有14个。欧美国家和日本筑波大学的质子治癌中心已经积累了2万多个治癌病例。一般来说，治疗效果达到了95％以上，5年的存活率高达80％。这个成绩是令人鼓舞的。目前不论是高能物理学界还是医学界，似乎都将质子治癌评估为最有效的方法，其他方法是无法比拟的。
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