过去几十年，由于持续的技术革命，放射治疗取得了显著进步，目前可以更安全和更精确的用于各种实体肿瘤的治疗。常用的光子放疗，其高能、兆伏级的X射线在将照射剂量传递到肿瘤时，光束射入和射出人体会经过健康组织和器官;而质子治疗独特的物理学特性，在射入人体的路径中仅沉积非常有限的照射剂量，将几乎所有能量沉积在预定的深度(对应肿瘤的深度)，无出射剂量，减少了光束射入和/或射出路径中正常组织的照射剂量，从而降低相应急性和迟发性并发症的风险。
质子治疗的起源可追溯到20世纪40年代。最初的临床研究工作主要在物理研究实验室中进行。随着技术的不断发展，安装于医院的新型治疗系统，特别是具有笔形束扫描(pencil beam scanning)功能的系统，扩大了质子治疗的适应证。其中的关键进展包括设备小型化、笔形束扫描技术、容积图像引导(volumetric image guidance)和运动管理的束流引导(beam guidance for motion management)技术的发展。
质子治疗的可行性提高
设备的小型化使质子治疗成为癌症治疗中一个更可行的选择。
在许多制造领域，不仅包括医疗设备，还包括汽车、航空航天和光学等领域，满足日益增长的消费者和市场需求以及适应快速变化的环境的需求推动了新兴的微型机电系统的发展。在医疗领域，这种小型化趋势使得医疗工具和技术的安装空间小得多，为有多种复杂需求的患者扩展了治疗选择。
现在质子治疗设备不需要局限于大型高能物理研究设施，可以方便地安置在医院和专业的医疗中心。虽然安装和维护质子治疗设备需要大量费用，但小型化设备在规模上更容易管理，有助于扩大质子治疗在全球范围内的可用性和可及性。我们已经从以回旋加速器为基础的研究型实验室发展到以医院为基础的多室质子治疗中心，再到可安装在放疗诊所内的单室治疗中心。
迈阿密癌症研究所质子治疗中心是南佛罗里达州首家质子治疗中心
笔形束扫描技术
笔形束扫描技术的发展使点扫描治疗成为可能，扩大了质子治疗的应用范围。
质子治疗使用的是一种称为“扩展布拉格峰”(spread-out Bragg peak)的方法。质子束在两个轴向上移动能够模拟3D打印机的操作特性，在肿瘤的长度和宽度上逐点进行剂量沉积;不同深度的剂量沉积通过允许“层切换”(layer-switching)的能量剪裁(tailoring energy)实现。由此产生的剂量沉积与肿瘤的3D构形相匹配。借助这项技术，目前可以控制肿瘤每个点照射剂量的强度和空间分布，不仅可以提高患者的治疗效果，还可以减少副作用，尤其是对于复杂和具有挑战性的肿瘤。
容积图像引导
容积图像引导的加入进一步提高了束流递送的精度。
传统的患者摆位是基于在模拟和治疗过程中，用室内激光对准患者身体上放置的皮肤标记;而使用笔形束扫描时，剂量以大量微小射束的形式沉积，此时质子治疗需要更先进的校准和验证技术。借助容积图像引导，通过计算机断层扫描(CT)对肿瘤进行3D成像，医生和技术人员可以在每一次治疗前，在治疗台上对患者进行精确摆位和肿瘤的精准定位，大约需要花费5~10 min，定位精确度可达1~3 mm。
束流引导技术
束流引导技术有助于减轻患者无意识的运动带来的影响，避免降低治疗的准确性。
虽然治疗前的定位可以通过体积成像进行验证，但笔形束质子治疗的准确度很容易在束流递送过程中因患者的运动而受到影响。
虽然通常会用一些固定方式使患者在治疗期间的位置不会发生移动，但此类方法仍然存在局限性。束流引导技术有助于减轻患者束流递送阶段的移动。高精度、连续追踪的摄像机可以记录患者的体表或运动变化导致的位移，甚至可以整合到反馈回路中，当病人的位移超过预先定义的阈值时，反馈回路将停止束流递送。从而提高束流递送的精确性。
通过将这些技术纳入日常工作流程，质子治疗的精确度和准确性得到了很大提高，从而避免正常组织受到不必要的照射，患者的短期和长期副作用较少，生活质量得以提高。
多学科综合治疗
质子治疗应该是一个全面多学科癌症治疗计划的一部分，并在一个经验丰富的治疗中心完成，从而使质子治疗发挥最大功效。根据特定的癌症类型和患者的个人需求，质子治疗可以与传统的放疗、化疗和/或手术相结合，以提供最佳的治疗方案，获得最佳疗效。
由于质子治疗设备昂贵并需要一支高度专业化的医生和工程师团队进行正确操作和维护，目前提供质子治疗的设备数量相对有限，但这种先进的放疗形式是制定癌症患者治疗计划必不可少的一个方案，并将在不断发展的新的癌症治疗标准中发挥越来越重要的作用。
