放射治疗是甲状腺癌的一种重要的辅助治疗手段。分外放射和内放射，各有其治疗的指证，要根据病理类型和手术情况选择应用。
1.外放射:各种类型的甲状腺癌对放射线的敏感性差异很大，几乎与甲状腺癌的分化程度成反比，分化越好敏感性越差，分化越差敏感性越高。所以甲状腺未分化癌放疗效果最好。因此未分化癌的治疗主要是放射治疗，而手术仅为辅助治疗措施，偶尔有少数早期病例可以接受手术治疗，但为了提高疗效减少复发的机会，术后还应常规用术前放疗然后再手术。未分化癌的放射治疗短期效果是十分满意的，原发灶明显缩小，使压迫解除，疼痛消失，不过缓解期较短，为3-6个月，最后仍可能死于远处转移。放疗虽然不能挽救其生命，但能解除痉挛，改善生存质量，仍不失为一种良好的姑息性治疗手段。分化性腺癌对放射线不敏感，所以一般不以放疗作为手术前、后的辅助治疗措施。但如果手术时有小区域癌细胞残留，术后局部补充放疗，效果仍然是很好的。滤泡状癌对放射线也不敏感，但对骨转移灶进行放疗有明显的止痛效果。
2.内放射:很多分化性甲状腺癌具有吸碘功能，放射性高度浓集于肿瘤组织中，可起内放射作用，而对周围组织放射损害很小，很多文献都把乳头状癌和滤泡癌放在一起考虑，特别是两者的转移灶都可能吸取131I,从理论上讲滤泡状癌更有吸碘功能.总之,对那些复发或远处转移而又不能手术切除的病灶,只要肿瘤内含有功能性的滤泡能显示出吸碘功能,就可以用放射性碘治疗,近年来有人把131I治疗用为对分化性甲状腺癌的一种常规辅助治疗措施,从而提高了疗效.
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