在国家"973"重大基础研究计划等项目的支持下和广泛调研和深入分析目前国际上放射治疗计划系统及其关键科学技术发展状况的基础上,设计了一个基于现代计算机技术和核物理数值模拟方法的、用于精确放射治疗的先进计划与质量控制系统(称之为ARTS:Advanced/Accurate Radiation Therapy System),对其关键科学技术问题进行了研究和发展,主要包括以下方面:医学影像数据处理与四维数值建模、快速高精度剂量计算、逆向计划全局优化与加速器/多叶准直器控制、实时自动摆位与定位以及基于反演的三维计划验证等。 目前最新的研发进展主要包括:医学影像数据自动识别重建与可视化,基于医学影像数据的自动蒙卡/解析建模系统(MORP),不同性别/年龄/状态的数字中国人的建立与发展,RBM/fsPB/MCNP分区分时耦合快速剂量计算方法,基于蒙卡验证的放射性核素插植内照射精确剂量计算方法,基于确定论与随机算法的模拟退火和遗传算法相结合的高精度快速射野强度逆向优化,基于射野强度优化结果的多叶准直器控制算法研究,基于视频影像的无体表标志物的快速精确实时定位与摆位,基于体外信息反演体内剂量分布的三维计划验证,细胞辐照生物学效应研究,硼中子治疗癌症数值模拟等;在此基础上发展了具有中国自主知识产权的大型集成四维精确放疗计划与质量保证原型软件系统,并在研制实物仿真体模的基础上开展了临床仿真测量验证实验。 分析了国内外放疗计划系统应用与发展现状。然后重点介绍ARTS系统的概貌、各主要功能设计思想及关键科学与技术问题理论与实验研究最新进展,最后介绍对ARTS的未来发展计划和应用展望。