현대 과학의 발전은 컴퓨터 기술의 발전이라 해도 무리가 없다. 의학 분야에서도 컴퓨터의 영향은 매우 크다. 특히 방사선을 이용한 영상진단 분야는 컴퓨터 기술의 발전과 맥을 같이 하며, 방사선치료술의 비약적인 발전은 바로 컴퓨터 영상기술에 기초를 두고 있다.
최근 방사선치료술학에서 추구하는 발전 경향은 크게 두가지로 요약된다. 첫째, 치료표적 주위의 정상장기나 조직의 손상을 최소화하고, 표적에는 최대의 치료선량을 조사하여 치료율을 향상시키는 것이다. 대부분의 종양들은 충분한 치료선량만 조사되면 완전관해를 일으키지만, 주위의 정상장기로 인해 조사선량에 제한을 받는 경우가 흔히 있다. 이 같은 문제를 해결하기 위해 3차원 입체조형 방사선치료법(3D RT), 세기조절방사선치료법(IMRT), 회전식 단층촬영 등이 개발되었다.
둘째, 정위적 방사선수술(=방사선치료)이 초창기 두개부종양 전용 치료기인 감마나이프, 선형가속기 장착형 치료장치에서 사이버나이프와 같은 전신용 방사선수술 장비로 발전하고 있는 것이다.
정위적 방사선수술은 정위틀을 두개골이나 치료하고자 하는 신체 부위에 고정시킨 후 CT, MRI를 통해 얻은 종양의 좌표값으로 3차원적 치료계획을 수립한다. 병소주위의 정상조직의 손상은 최소화하며, 목표로 하는 종양부위에 한꺼번에 다량의 방사선을 조사할 수 있다. 최근에는 환자에게 고통과 불편함을 초래하는 정위틀 대신 치료하고자 하는 신체 부위에 금속성 물질을 삽입하는 무정위틀 치료법을 시행한다.
정위적 방사선수술은 종양의 방사선 생물학적 특성이나 위치에 따라 1회 혹은 5~10회 나누어 정위적 분할 방사선수술(FRST)를 시행할 수 있다.
정위적 방사선수술 역시 환자나 치료부위가 움직이지 못하도록 고정하는 것이 매우 중요하다. 두경부의 종양은 고정하기가 쉬우나, 몸체부위는 고정에 어려움이 있으며, 또한 호흡에 의한 움직임이 심한 장기는 움직임을 가능한 억제한다. 정위적 방사선 수술을 시행할 수 있는 종양의 크기는 대개 3cm 전후이며, 이 보다 큰 종양은 병소주위 정상조직 손상에 의한 방사선 후유증을 초래할 위험이 증가한다.

3차원 입체조형치료법(3D RT)

전산화단층촬영(CT)으로 얻은 영상을 재구성해 종양을 3차원적 형상으로 만든다. 이 형상에 가장 근접하게 방사선을 조사하여, 주위 정상조직 손상을 최소화하고, 전체 치료선량을 증가시킨다. 3차원 입체조형치료법은 높은 국소치료율을 얻을 수 있고, 급·만성 방사선후유증도 줄일 수 있다. 현재 전립선암, 두경부암, 뇌암, 수술 불가능한 폐암, 척추신경 주위에 발생한 암 등에서 흔히 사용된다.
그러나 병소가 방사선에 민감한 안구, 뇌간, 타액선, 신장, 척추신경 등에 인접한 경우에는 치료에 많은 어려움이 있다. 이 어려움을 해결하기 위해 세기조절방사선치료법(IMRT)이 개발되었다.

세기조절 방사선치료법(IMRT)
IMRT는 3D RT보다 기술적으로 더욱 진보된 치료법이다. 컴퓨터로 다엽콜리메타를 움직여서 방사선조사면에 서로 다른 세기의 방사선을 조사한다. 대개 7~12개 정도의 여러 방향에서 조사되도록 하여, 방사선에 민감한 정상조직이 주위에 있어도 심한 손상 없이 충분한 치료선량을 종양에 조사할 수 있다. IMRT는 여러 중요기관이 밀집된 두경부 종양에서 진가를 발휘한다.
특히 두경부 종양중 비인강에 발생한 암은 주변이 방사선에 민감한 조직으로 둘러싸여 있어 국소병변은 비록 치료가 되어도, 타액선 손상에 의한 구강 건조증, 방사선에 의한 중이염과 청력저하 등 다양한 후유증으로 심각한 삶의 질 저하를 초래할 수 있다. IMRT는 이러한 후유증을 극복한다.
최근 우리나라에서도 발생 빈도가 증가하고 있는 전립선암에서도 상당히 좋은 치료성적을 보여준다. 전립선암은 미국 남성에게 가장 흔한 암으로 전립선에 국소적으로 고선량의 방사선을 조사하기 위해 Iodine-125와 같은 동위원소를 전립선 조직 속에 영구적으로 삽입하여 치료하였다.
그러나 IMRT 치료법은 동위원소 치료와 유사한 생존율을 보이면서 또한 전립선과 인접한 직장이나 방광 등 정상장기에도 심각한 후유증을 초래하지 않았다. 또한 치료 부위에 암이 재발한 경우, 재치료도 가능하게 되었다. 척추나 뇌간에 인접한 종양도 대부분 심각한 후유증 없이 치료될 수 있다.
IMRT 치료의 성공을 위해서는 환자와 종양의 움직임을 최소화 하는 것이 매우 중요하다. 인체의 내부 장기는 호흡운동에 따라서 전후-좌우로 움직이며, 특히 흉부(폐) 장기에서 움직임이 가장 심하고, 소화기관도 비교적 큰 움직임이 관찰된다. 따라서 환자의 자세를 철저히 고정시키고, 내부 장기의 움직임을 줄이기 위해 적극적인 호흡조절을 하거나 호흡공조법을 시행하게 된다.
IMRT가 종래의 2차원적 치료법에 비해 획기적으로 발전된 치료법이지만, 주의할 점도 있다. 첫째, 여러 방향에서 조사하므로 1회 치료시간이 40~60분 정도로 오랜 시간이 소요되어 고정장치를 착용한 환자에게 고통을 줄 수 있다.
둘째, 병소주위 정상 장기는 각 장기별 내선량 이하로 피폭되지만 피폭되는 전체장기의 범위는 다른 치료법에 비하여 훨씬 증가할 수 있다.
셋째, 방사선종양학과 전문의가 정밀한 최적의 치료계획을 수립하기 위해 최소 7~10일이 걸리고, 계획된 치료의 검증을 위하여도 많은 노력이 필요하다.

회전식 단층치료법
가장 최근에 개발된 치료법이다. 방사선치료 장비인 선형가속기에 메가 볼트 CT 영상장치를 결합한 장비로써 치료의 오차 검증 및 교정이 동시에 가능하다. 3D RT 나 IMRT 치료법은 치료전 CT 영상을 통해 치료계획을 수립하고, 대개 치료 시작 후 2~4주 지나면 치료 경과를 확인하기 위해 다시 CT를 찍어 본다.
이 기간 동안 종양의 모양, 크기, 위치에 변화가 생길 수 있으며, 이러한 변화로 처음 계획된 종양의 치료 선량이나 정상장기 피폭선량에 오차가 생길 수 있다. 경우에 따라 예기치 못한 사고도 발생할 수 있다.
그러나 단층치료법은 매일 치료 전 CT를 시행하여 종양의 변화를 관찰하고 처음 치료계획과 일치하는지 파악한 후, 360도 회전하여 임의 두께를 가진 한 개의 단층씩 연속적으로 치료하여 종양 전체를 치료한다. 이 치료법도 방사선 세기를 조절하며, 종양의 형태와 일치하여 방사선을 조사하여 정상조직의 피폭선량을 최소화 한다.

두개부 정위적 방사선수술
이 수술의 대표적 장비로는 감마나이프가 있다. 이 장비는 201개의 코발트 60 방사성동위원소(Co-60)에서 나오는 감마선을 이용하여 두개골내의 종양을 향해 집중 조사하여 치료한다. 그러나 감마나이프에 사용되는 동위원소인 코발트 60은 시간에 따라 자연붕괴를 계속하므로 5년마다 한번씩 동위원소를 교체해야 하는 번거로움과 경제적 부담이 있다.
최근에는 선형가속기에 다양한 크기의 전용 콘을 장착하여 감마나이프와 동일한 효과의 치료를 할 수 있게 되었으며, 이러한 치료법을 X-knife라고도 한다. 치료대상은 주로 두개골내 작은 크기의 양성종양이며, 몇몇 악성종양의 경우는 추가적 조사 목적으로 사용되기도 한다. 크기가 조금 크거나 뇌간과 같은 민감한 조직 근처에 병소가 있는 경우는 정위적 분할 방사선수술(FSRT)을 시행하기도 한다.

체부 정위적 방사선수술
이 수술에 주로 사용되는 장비로는 사이버나이프와 X-knife가 있으며 모두 동일한 이론적 배경을 가지고 있다. 그러나 X-knife는 선형가속기와 치료 테이블의 2개의 축에 의해서만 치료방향이 결정되기 때문에 치료계획에 상당한 제한이 있었다.
반면 사이버나이프는 6개의 축을 가진 로봇팔에 장착된 선형가속기로 치료할 수 있으므로 X-knife보다 훨씬 다양한 방향에서 종양을 향하여 집중적으로 방사선을 조사할 수 있다. 또한 종양의 움직임에 의한 오차를 줄일 수 있고 정상조직의 손상을 최소화 할 수 있는 장점도 있다.
따라서 두경부를 포함한 모든 종양에 치료가능 하지만, 체부 종양 치료에 많은 장점이 있다. 사이버나이프 역시 작은 크기의 종양을 대상으로 치료할 수 있으며, 특히 복부 대동맥 주위의 임파절 전이, 척추 전이, 췌장암, 원발성 간암 등의 특정부위 치료에 주로 사용되어, 상당히 높은 국소제어율을 보이고 있다.
그러나 사이버나이프 치료법이 광범위하게 사용되지는 않는다. 대개의 악성종양은 주위 조직에 현미경적 조직침윤이나 국소 임파절 전이가 의심되는 경우가 많으므로 적합하지 않다. 이 경우에는 오히려 IMRT가 더욱 흔하게 사용된다.