（一）三维适形放射治疗
适形治疗是一种提高治疗增益的较为有效的物理措施。通常，我们把利用适形治疗技术，使高剂量区分布的形状在三维方向上与病灶（靶区）的形状一致，称为三维适形放射治疗（3D-CRT）。实现三维适形放射治疗的条件包括：①在照射方向上，照射野的形状必须与病灶靶区投影的形状一致；②要使靶区内及表面的剂量处处相等，必须要求每个射野内诸点的输出剂量率能按要求的方式进行调整。过去，对放射治疗计划的评价主要考虑靶区剂量和周围正常组织耐受剂量的限制。在三维适形放射治疗中应用的三维治疗计划通常应用NTCP/TCP，结合DVH评价三维放射治疗计划优劣。DVH即剂量体积直方图，是1979年由Shipley提出来的，评价三维放射治疗计划优劣的有效标准。它可以描述正常组织及肿瘤组织受特定剂量或百分剂量照射的体积百分比。但DVH仍存在一定的缺点。DVH属于一种统计学的图表，缺乏空间和解剖学的特点；对于两个相互无交叉的曲线尚可以比较其优劣，但对于相互交叉的计划曲线则难以断定其优劣。正常组织并发症概率（NTCP）和肿瘤控制概率（TCP），这是1978年由Dritshilo从放射生物学的角度预测治疗疗效及不良反应的生物学指标；NTCP计算分为两类：一类是平行结构组织器官，如肝、肾、肺，并发症的发生由照射体积百分比确定；另一类是链式结构组织器官，如脊髓、食管、直肠，并发症的发生由照射最高剂量确定。结合NTCP/TCP有效解决DVH的缺点，从而使适形放疗计划得到较正确的评价和优化。
（二）立体定向放射治疗
立体定向放射治疗最早由Leksell于1949年报道。它是利用立体定向技术（立体定位和立体摆位）进行放射治疗，目的是提高定位和摆位的精度。开展X（γ）线、电子束和质子束的三维适形放疗，必须要使用立体定向技术。临床按照大剂量照射的次数分为立体定向放射手术（SRS）和立体定向放射治疗（SRT）。
立体定向放射治疗技术的共同特点：①用于治疗小体积病灶；②通常采用单次大剂量照射，但目前也已开始采用分次照射技术；③需要格外精确定位的设施和固定患者体位的方法；④治疗野边缘剂量下降梯度非常陡峭，使靶区外的组织受照剂量很少，靶区和等剂量面的适形程度对靶区外组织受照的程度有极大的影响；⑤射线束在体内相交于同一点，三维分布的射线照射方式使正常组织免于接受较高剂量的照射；⑥可对治疗计划进行评估和必要的修改。
（三）适形调强放射治疗（IMRT）
适形调强放射治疗的原理最早由瑞典的放射物理学家Brahme提出，最初是受启发于CT成像的逆原理，即当CT X线球管发出强度均匀的X线束穿过人体后，由于其组织厚度与组织密度不同，其强度分布就变成了不均匀的射线束，反向投影后形成了组织的影像。反之，如果放射治疗给予一个不均匀的射线束照射，则出来的射线束就变成均匀而投射到靶区中。适形调强放射治疗的概念是指以各种物理手段的放射治疗技术，根据肿瘤靶区的形状，通过调节和控制射线在照射野内的强度分布产生不同剂量梯度来提高对肿瘤靶区给予致死性的高剂量照射，而对肿瘤周围正常组织控制在正常耐受剂量以下的一种放射治疗技术。其首先是对肿瘤靶区达到三维适形的照射，其次是使肿瘤靶区和邻近敏感器官可以获得照射剂量强度的调节。
实现束流调强的主要实现方式包括二维物理补偿器调强、多叶准直器静态调强、多叶准直器动态调强、断层调强放疗和电磁扫描调强等。目前，临床应用最普遍的是电动多叶光栅调强技术。利用IMRT技术治疗头颈、颅脑、胸、腹、盆腔和乳腺等部位肿瘤的研究均已得出肯定性结论。毋庸置疑，IMRT必将成为今后放射治疗的主流方式。
（四）高能重粒子射线放射治疗
1.高能重粒子射线 高能重粒子是指质子、中子、π介子及低原子序数的高能重粒子等，称为高LET射线。
2.高能重粒子射线的物理特性 带电重粒子射线的一个共同物理学特性，就是它们在介质中都有一定的射程。这些粒子（中子除外）在介质中运动的开始阶段，能量损失较小，而在接近射程终末时，能量突然发生大量释放，在该处形成陡峭的电离吸收峰，称为Bragg峰，并在达到该电离吸收峰的最高值时，由于能量几乎全部损失而静止。
3.质子放射治疗的临床应用 质子射线放疗始于20世纪50年代，由于高能加速器的发展使近年出现了医用的质子放疗系统，能量范围为70～250MeV（图19-1）。质子射线Bragg峰的深度位置和宽度，可根据病灶靶区的位置和大小通过调节射线能量束进行调节。质子的单野照射可得到X（γ）线多野共面或非共面照射一样的剂量分布和治疗增益；质子束的单平面旋转可得到X（γ）线立体定向，即与X（γ）刀治疗一样的治疗增益很高的剂量分布，其适形效果好于至今所有的放疗方法。因质子射线在组织中引起的部分核反应会产生正电子发射，从而可以被正电子发射断层扫描（PET）所追踪，为放射治疗提供追踪射线在体内的穿透射程。质子治疗主要用于眼部肿瘤，其次是中枢神经系统肿瘤、头颈肿瘤、前列腺癌和肺癌。
图19-1 质子加速器
4.碳离子放射治疗的临床应用 采用碳离子束治疗癌症是放疗进展的一大里程碑。由于碳离子是致密的电离辐射，是高LET射线；生物学研究表明DNA双链断裂与细胞的死亡有关，高LET引起的断裂数比低LET多，因此，细胞死亡率高；这说明重离子束有利于治疗肿瘤。碳离子束具有物理及生物学两大特性，有明确的射程、射程歧离，横向散射小。剂量-深度分布具有Bragg峰，同时可以通过能量的变化调节峰位以达到对肿瘤区的高剂量分布。重离子具有带电性，可以利用磁铁扫描系统作精确的适形照射。核反应产生的正电子发射体可利用PET技术实时监测；早在20世纪40年代，就已有试验证实碳离子束可以摧毁那些传统放射疗法无法破坏的肿瘤细胞，如脊索瘤、软骨肉瘤、恶性黑色瘤等。进入20世纪80年代后，德国、日本等国开始对癌症患者进行碳离子束治疗试验。在接受连续2年的治疗后，许多癌症患者的肿瘤缩小并最终得到控制，如前列腺癌的治疗有效率可达100%，肝癌的治疗有效率可达80%，软骨肉瘤的治疗有效率可达100%，脊索瘤的治疗有效率为81%。目前，德国、日本等国家Ⅱ期临床试验表明，碳离子治疗肿瘤最大优点之一是增加了治疗增益比（RBE），对常规放疗难以治疗的放射抗拒性肿瘤应用碳离子治疗，可显著增加治愈的机会。当前，国际上对重离子束治疗癌症的基础研究和临床应用研究热情高涨、发展迅速，世界上凡是有重离子加速器的国家几乎都开展了这项研究工作，这使得重离子束治疗癌症成为放射治疗领域的前沿性研究热点。我国重离子研究也进入了临床试验。相信这一高新技术很快能在放疗中发挥重要的作用（图19-2）。
图19-2 重离子加速器
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