Strahlentherapie umfasst die Behandlung von gut- und bösartigen Erkrankungen. Sie wird von Fachärzten für Strahlentherapie unter Mitwirkung von medizinisch-technischen Assistenten und spezialisierten Medizinphysikern ausgeübt. In der klinischen Praxis werden onkologische Strahlentherapien von einem interdisziplinären Team aus Fachärzten, Medizinphysikexperten und medizinisch-technischen Assistenten durchgeführt. Der eigentlichen Therapie geht ein komplexer Planungsprozess – die Bestrahlungsplanung – voraus. Umfangreiche organisatorische und technische Qualitätssicherungsmaßnahmen sorgen dafür, dass Bestrahlungsfehler weitgehend ausgeschlossen werden können.
Die Strahlentherapie kennt Methoden zur Teletherapie – von griech.: tele (fern) -, wobei die Strahlung von außen auf den Körper des Patienten einwirkt, und die Brachytherapie – von griech.: brachys (nah, kurz) -, bei der die Strahlenquelle sich im oder direkt am Körper befindet. Bei der Teletherapie wird die erforderliche Strahlung normalerweise in Beschleunigern erzeugt, die sowohl Elektronen- als auch Röntgenbremsstrahlung mit hohen Energien bis 23 MeV (= Mega-Elektronenvolt) für Photonen bereitstellen können.
Heute wird fast immer mit Hilfe einer Computertomographie, gelegentlich nach Bildfusion mit MR- oder PET-Daten, ein dreidimensionales Modell der Bestrahlungsregion im Planungsrechner erstellt und für die Bestrahlungsplanung zugrundegelegt. Bei der täglichen Bestrahlung werden die Lagerung des Patienten und die Feldparameter aus der Therapieplanung mit Hilfe von Lichtvisieren und Lasermarkierungen millimetergenau reproduziert. Die Einstellungsgenauigkeit wird durch Verifikationsaufnahmen mittels Röntgen- oder Therapiestrahlung überprüft. Eine neue Methode, die an einigen Standorten bereits angewandt wird, ist die sogenannte bildgeführte Strahlentherapie oder IGRT.
Die Wirkung der Bestrahlung beruht auf der Energieübertragung auf das durchstrahlte Gewebe in Streuprozessen. Für die Antitumorwirkung sind Treffer und Schäden an der Erbsubstanz der Zellen DNA verantwortlich, insbesondere Doppelstrangbrüche. Schäden, die die Reparaturfähigkeit der Tumorzelle überschreiten, hindern sie an der Vermehrung (Mitose) oder bringen sie sogar unmittelbar zur Selbstauflösung.
Moderne Verfahren der Brachytherapie umfassen Afterloadingverfahren und Implantationen. Afterloading (eng. für „Nachladen“) nennt man ein Verfahren, bei dem eine kleine Strahlenquelle (Ir-192) ferngesteuert in eine Körperöffnung verbracht und nach vorausberechneter Zeit wieder entfernt wird.
Bei den Implantationsverfahren werden kleine, gekapselte Strahlungsquellen (eng. seeds) mit kurzer Halbwertszeit in den Körper verbracht und verbleiben dort dauerhaft, während ihre Aktivität abklingt. Eine typische Anwendung sind Seed-Implantationen der Prostata mit Iod-125 (59 Tage Halbwertszeit).
Zahlreiche chronisch-entzündliche und degenerative Erkrankungen wie Fersensporn, Tennisellenbogen, Schulterschmerzen, Arthrosen der verschiedenen Gelenke, Wirbelkörperhämangiome, Induratio Penis plastica und andere können strahlentherapeutisch behandelt werden. Die Ansprechraten liegen bei 50 bis 70 %.
Bösartige Tumore werden sehr häufig bestrahlt; oft auch in Kombination mit anderen Behandlungsverfahren wie Operation und Chemotherapie. Etwa jeder zweite Krebskranke erhält eine oder mehrere Strahlentherapien.
Bei der Protonen-Strahlentherapie kann aufgrund der besonderen physikalischen Eigenschaften die Dosis außerhalb des eigentlichen Zielvolumens wesentlich geringer gehalten werden. Für spezielle Tumorarten bringt dies eine Maximierung der Krebsabtötung bei gleichzeitiger Minimierung der Nebenwirkungen.