质子治疗属于放射线治疗，质子进入人体后在射程终点形成可以调节宽度覆盖肿瘤区域的Bragg峰，在射入通道上能量损失小、侧散射小，因此具有治疗效果好，副作用小，患者恢复快的特点。质子治疗设备主要包括：质子加速器、能量选择系统、旋转机架、治疗头、患者精密定位和准直系统、剂量验证系统、治疗计划系统、治疗安全系统和治疗控制系统，前五种是治疗主要设备，后四种是治疗分系统。
质子治疗设备产业链上游包括：设备的技术研发，主要子部件和子系统的制造等，如：质子加速器、旋转机架、准直系统和剂量验证系统等，下游主要是医院和肿瘤患者。
质子治疗系统主要的设备是射线源发生器，有回旋加速器（Cyclotron）和同步加速器（Synchrotron）两种。目前国际上使用两种加速器的治疗中心都有，总体而言，回旋加速器生产成本较低，价格相对便宜，但是必须使用调控设备来控制质子射线质量，致使输出能量较低，治疗深度相对较浅，同时还必须注意中子防护等辐射问题。而同步加速器由于不需要加装用于输出能量调节的装置，所以输出能量强度大，治疗效果好，并且安全可靠，操作简单，但是生产成本和价格相对较高。
旋转机架能减少皮肤与肿瘤间的正常细胞伤害，即增加治疗时的焦皮比值。旋转机架要将总长3m，重达几十吨的治疗头和由偏转和聚焦磁铁组成的的束流输运系统沿旋转机架水平轴转动±180度，并且要求等中心点的位置误差小于1mm。目前IBA、住友、三菱都有各自的产品，技术性能基本类似，重量在一百多吨，等中心精度都在1mm之内。
治疗头内含十多种功能部件，目前国际上质子治疗头的束流扩展方法包括单散射法、双散射法、摆动式扫描、铅笔束扫描、点束流扫描法等。
治疗计划系统是一个质子治疗专用医疗软件，是质子治疗中心的核心。其作用是医生要根据病人的CT图像，通过治疗计划系统做出对该病人的全部治疗计划和治疗参数。该系统的主要功能有：三维剂量计算、三维彩色立体图像显示、治疗计划、专用补偿器与准直器的要求等。该系统的输出，即要求的加速器治疗运行参数、治疗头的各种运行参数等通过网络直接送有关相应分系统，通过严格的确认规定，证明完全正确无误后，再分别自动地运行。目前全世界共有十多个单元在研制质子治疗计划系统。
治疗控制系统是一个由微机与工作站通过100mc/s或与10mc/s的以太网相连接起来的计算机实时控制网络。其主要功能是将质子治疗系统中各个独立完成某一特定功能的设备相互连接在一起，通过专用应用软件按治疗要求统一协调的规律进行工作，既能提高运行效率，也为了确保安全。
由于质子治疗具有穿透性能强、剂量分布好、局部剂量高、旁散射少、半影小等特征，尤其对于治疗有重要组织器官包绕的肿瘤，显示出较大的优越性。质子治疗的适应症比较广泛，对于脑部良恶性肿瘤、脊髓肿瘤、脑血管疾病、头颈部肿瘤、眼部病变、胸腹部肿瘤、儿科肿瘤以及其它疾病等均有较好的疗效。国外临床治疗数据表明，质子治疗肿瘤有效率达到95%以上，五年存活率高达80%。
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