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质子作为带正电核的颗粒，是原子核的一部分，用于放射治疗的质子来自氢（H)，氢水解成质子(H )，通过同步或旋转加速器加速到接近光速进入体内。由于其速度快，在体内与正常组织或细胞发生作用的机会极低。当它到达癌细胞的特定位置时，它能迅速释放能量。这一原理与所有射线相同，即射线剂量越大，越能体现以下优点：①侧透射少，半影小，对周围正常组织损伤小；②剂量遍布好；③透透性好；④部分剂量高；⑤术后肿瘤组织损伤后修复的机会很小。质子束是目前动能最高的射线，可以到达身体的深处，对包围关键组织器官的肿瘤更有意义。质子刀由加速器、动能选择系统、束流输送系统、1~2旋转治疗头、1~2固定治疗头、控制系统、剂量测量校准系统、治疗设备数据库、特殊准直器和补偿器加工中心、呼吸门开关控制等组成。设备和治疗费用非常高，世界上只有一些医院。冶疗是否明显优于目前的医疗设备，是否能提高肿瘤的治疗率和存活率仍有待观察。
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