1895年伦琴发现了X射线，1897年居里夫人发现了放射性同位素镭，此后一百年来，随着物理与生物科学理论的完善，特别是近30年来科学技术的快速发展，放射治疗已成为肿瘤的三大主要治疗手段之一。作为一种局部治疗手段，放射治疗之目的在于通过提高靶区剂量和/或减少靶区周围正常组织放射损伤从而不断提高治疗的局部控制率，进一步提高生存率和/或改善生存质量。近年来三维适形调强放疗（3-Dime ional Conformal Radiotherapy, 3DCRT; Inte ity Modulated Radiotherapy, IMRT）的发展，使放疗技术进入了一个新的发展时期。特别是由于当代功能影像和分子影像技术用于放射治疗计划，直接导致新理论的产生，即生物适形调强放疗。目前认为以物理适形和生物适形相结合的多维适形调强放疗将成为新世纪放射治疗发展的方向。
1 三维适形调强放疗
三维适形调强放疗包括两项要求：高剂量区分布的形状在三维空间方向上与靶区（包括实体肿瘤和亚临床病灶）的形状一致；照射野（靶区）内各点的剂量可按要求的方式进行调整，使靶区内的剂量分布符合预定的要求。满足第一个要求称为三维适形放疗（3DCRT），同时满足两个要求称为三维适形调强放疗，简称调强放疗（IMRT）。所谓调强即把射野内均匀剂量率转变成所需要的非均匀剂量输出率。
IMRT与常规放疗相比有很多优势：①采用了精确的定位和体位固定技术，如体膜和负压袋固定，采用CT或MRI三维重建定位，大大提高了定位和照射精度；②采用了精确治疗计划，即逆向计算，从而实现了治疗计划的自动优化，达到治疗的最大合理性；③采用了精确照射，即能够优化配置射野内各线束的权重，使靶区的形状和高剂量区分布的形状在三维方向上与靶区的实际形状相一致，因此其剂量分布的适形程度更高，从而可以较大幅度地增加肿瘤剂量和/或减少正常组织的受量；④可在一个计划中同时实现大野照射及小野的追加剂量照射（Simultaneously Integrated Boosting,SIB），使不同靶区可以获得相应所需要的剂量，同时缩短了治疗时间，具有重要的放射生物学意义。IMRT是采用精确定位、精确计划和精确照射的方式，其结果可达到“四最”的特点，即靶区接受的剂量最大、靶区周围正常组织受量最孝靶区的定位和照射最准以及靶区内的剂量分布最均匀。其临床结果可明显增加肿瘤的局部控制率，并减少正常组织的损伤。
目前利用IMRT治疗头颈部、颅脑、胸部、腹部、盆腔、乳腺等部位的肿瘤的研究均已得出肯定性结论。Zelefsky等采用IMRT和三维适形放疗（3DCRT）分别治疗前列腺癌患者，在处方剂量相同（81Gy）的情况下，靶区剂量的分布IMRT明显优于3DCRT，直肠的急慢性反应发生率IMRT组也明显低于3DCRT组。利用IMRT将前列腺癌处方剂量提高到86.4Gy，周围正常组织的剂量未增加。利用IMRT治疗头颈部肿瘤，不但可更好的保护腮腺、脑干等重要器官，而且若采用SIB技术，可进一步提高效率，Butler等应用该技术治疗20例头颈部肿瘤，结果令人鼓舞。利用IMRT技术进行乳腺癌保乳术后放射治疗，可改善靶区剂量分布，对肺组织和心脏的保护效果更好，Smitt等利用SIB技术治疗乳腺癌，与传统方法相比，患者心脏和肺的受照体积减少，缩短了总治疗时间，提高了原发肿瘤区的生物效应剂量。我院采用SIB技术治疗鼻咽癌、乳腺癌、食道癌和肺癌等，初步结论已得到肯定。目前，采用正向计划的3DCRT和IMRT治疗效率已得到了很大程度的提高，而逆向计划的实施和验证问题仍有待进一步研究。
虽然IMRT的适形程度越来越高，但也存在许多不确定因素，如目前的医学影像设备尚不能显示病变的确切范围、治疗时患者及内脏器官的运动、个体间剂量效应的差异、肿瘤内不同克隆对剂量反应的异质性、剂量计算的不确定性及剂量分割方案的生物不确定性等，这些因素限制了这一新技术的应用，在今后的工作中如何减少这些不确定性，将在很大程度上决定着IMRT及其潜势的发展。而且在IMRT治疗中靶区边缘剂量分布下降梯度大，因此对靶区边界的确定要求更高。
在适形调强放疗过程中，靶区的确定是最为基础和关键性的步骤。一般来说，断层影像如CT、MRI用于描记肿瘤靶区，照射野应完整覆盖靶区并给予均匀剂量。外照射计划中PTV内剂量均匀的要求是非常传统和保守的。例如，在前列腺癌的放疗中，由于传统影像学技术的限制，我们不能充分地显示癌组织与正常前列腺组织的差异，而将整个前列腺纳入靶区，这与放射治疗的理论并不一致。更重要的是，大量研究表明，在靶体积内，癌细胞的分布是不均匀的，由于血运和细胞异质性的不同，不同的癌细胞核团其放射敏感性存在相当大的差异，而如果给整个靶体积以均匀剂量照射，势必有部分癌细胞因剂量不足而存活下来，成为复发和转移的根源。如果整个靶区剂量过高，会导致周围敏感组织发生严重损伤。另外，靶区内和周围正常组织结构的剂量反应和耐受性不同，即使是同一结构，其亚结构的耐受性也可能不同，势必对放疗方案的制定产生影响。以上这些，只有通过更先进的影像学和生物学技术的紧密结合，才能达到真正意义上的精确治疗。
2 生物靶区与生物适形调强放疗
近年来，以正电子发射断层显像（Positron Emi ion tomography, PET）、单光子发射断层显像（Single Photon Emi ion Computed tomography, ECT）、核磁波谱（Magnetic Resonance ectroscopy ,MRS）为代表的功能性影像技术有了长足的发展。MRS、PET、 ECT等影像可反映器官组织功能的特点，属功能影像的范畴；而X线、CT等以密度改变为主要基础，主要反映形态解剖结构变化，属解剖影像范畴。例如，利用18FDG-PET可以反映组织的代谢情况，已经成为目前最为成熟的功能性影像技术。通过乏氧显像剂如氟硝基咪唑（18-FMISO）可以对肿瘤乏氧进行体外检测；通过11C-蛋氨酸（MET）可检测肿瘤蛋白质代谢；通过18F-胸腺嘧啶核(FLT)可检测肿瘤核酸代谢；核磁光谱成像可以提供很多生物分子有关的丰富的生物学信息，包括水、脂质、胆碱、柠檬酸、乳酸、激肽等，使影像诊断进入分子时代；功能性核磁共振（fMRI）可显示脑功能，反映氧供和血管生成状态，从而为脑外科和脑部放疗提供重要信息，可使脑重要功能区得到最大程度的保护。
功能性影像学的发展不但将对经典肿瘤靶区的确定发挥重要作用，而且由于这些技术可以显示组织的功能代谢状态乃至分子水平的变化，使体外检测肿瘤的放射敏感性成为可能，从而直接导致了新的理论和概念的产生，即生物靶区（Biological Target Volume ，BTV）及生物适形调强放射治疗（Biological IMRT, BIMRT）。生物靶区指由一系列肿瘤生物学因素决定的治疗靶区内放射敏感性不同的区域。这些因素包括：乏氧及血供；增殖、凋亡及细胞周期调控；癌基因和抑癌基因改变；浸润及转移特性等等。这些因素既包括肿瘤区内的