脑动静脉畸形为先天性颅内血管发育异常，其中动脉与静脉直接相接，纠结生成一簇扭曲的血管团。此一疾病常造成如癫痫等神经学症状，并且每年约有2~4%的病人出现脑内出血。脑动静脉畸形的第一线治疗为手术治疗，部分病人可进行栓塞手术。但对于那些无法安全切除的病灶，则可选用立体定位放射手术。此一发展良好之放射治疗技术，能有效消除交杂的血管畸形并降低未来出血风险。

目前使用立体定位放射手术治疗脑动静脉畸形因病灶大小、位置及施与剂量的不同，根治率约为20~92%。较大及重要构造附近的脑动静脉畸形，传统光子治疗常由于无法达到理想的治疗剂量分布，导致低根治率及高并发症的发生风险。质子立体定位放射手术可利用其远程剂量的快速降低，藉以闪避病灶周遭的辐射敏感组织，明显减少可能的副作用，在国外已使用于治疗脑动静脉畸形。已有研究证实一些体积大且位于高风险位置脑动静脉畸形，能以分次质子立体定位放射手术成功治疗，并仅有相当少的并发症。

有报导以单次进行的质子立体定位放射手术治疗脑动静脉畸形，此一研究在公元1991年至2010年间收治了254位病患，并施予了10-20格雷的质子治疗。病灶大小中位数约为3.5毫升，有23%的病灶位于较深或是较危险的区域（如邻近基底核、脑干或是丘脑）。在该研究的追踪中发现有64.6%的病灶可藉由单次的质子放射手术根除，此一变化约需31个月。而在五年及十年的追踪则分别看到70%及91%的累积根除率。根据研究成果分析显示，较小的治疗区域及较高的治疗剂量可以达到较好的根除率。在254位病人中有13位病人治疗后仍发生了出血，追踪影像中显示这些病人的病灶并未被完全根除。治疗后少数病人仍有癫痫现象，但不论于急性期或是慢性期皆可为药物控制。

简言之，质子立体定位放射手术对于脑动静脉畸形的治疗，有高根治率与低并发症发生率，但治疗后仍须持续追踪，以增进病患后续生活质量。

图为于台湾长庚医院治疗之病患治疗剂量分布图，红色线为病灶而黄色线为脑部重要组织，彩色区块则为剂量分布区域，在病灶区域有足够剂量覆盖的情况下，只有少量辐射剂量进入该组织，并且其余脑部皆未受到辐射剂量影响。

图左为2015年病患治疗前的磁振造影图，可以看到位于脑部左侧大量动静脉畸形之显影，但下图右所显示的治疗两年后邻近位置的磁振造影图，则无治疗前之不正常显影。