放射治疗是指利用电离辐射产生的射线照射肿瘤细胞,在受照射区中达到一定的能量沉积从而破坏“靶区”的肿瘤细胞,达到治疗目的的一种肿瘤治疗手段。与常规射线(电子、光子)治疗不同,质子所固有的倒转深度剂量分布物理特性,使得在使用质子治疗时,使肿瘤区域得到很大的辐射剂量而附近正常组织受到很少辐射剂量,可以在杀死肿瘤细胞的同时,最大程度的保护肿瘤周围的正常组织,使其少受甚至不受伤害。其中,剂量计算是质子放射治疗中最为核心的部分,蒙特卡罗剂量算法在剂量计算方面有较大优势,它通过粒子输运软件模拟实际粒子的治疗条件来进行剂量计算,常用的质子放射治疗蒙特卡罗软件主要包括FLUKA、GEANT4. MCNP等,但是由于这些软件对于临床物理学家来说过度复杂。TOPAS (TOol for PArticle Simulation)是基于蒙特卡罗工具包Geant4的扩展,这是一个简单并易于用户使用的软件,专门用于质子治疗模拟。本文利用TOPAS粒子输运模拟软件,通过对模拟环境、粒子源和几何体的实现,进行了大量的模拟实验。首先,模拟了不同能量的质子束在空气中的传播情况,展示了TOPAS模拟软件强大的可视化和几何编辑能力；模拟了不同能量的质子束在水中的深度剂量分布,并将其模拟的射程与测量数据的拟合公式进行了比对,验证了TOAPS模拟程序的精确性；其次,通过对不同能量及步长的质子束的模拟,进行了SOBP合成方法研究；并模拟了质子束在不同射野以及在均匀和非均匀组织中的剂量分布特点,指出了在实际临床治疗中需要注意的问题；本文还就常用于剂量计算解析算法中对于非均匀介质修正的等效路径法进行了验证,验证了等效路径法对不同厚度和位置的非均匀介质的修正效果;最后利用TOPAS对一典型被动散射式治疗头进行模拟,实现了通过调节调制轮对不同能量质子束Bragg峰展宽技术,分析了不同能量质子束不同宽度的SOBP的剂量分布特点。本文的模拟研究工作对质子放射治疗做了一些基础性研究工作,取得了很多有意义的研究结果,对TOPAS粒子输运软件在质子治疗方面有了进一步的理解,为后续的质子放疗研究提供了一定帮助。