目前癌症是威胁人类健康的第一杀手,而放射治疗是癌症治疗的最有效手段之一。三维适形放射治疗计划软件系统是连接放疗硬件设备与临床治疗的纽带,是放疗专家赖以制定合理治疗方案必不可少的计算机辅助软件系统。本文针对三维适形放疗计划系统及其部分关键技术进行了研究,研究工作主要体现在以下几个方面：在三维适形放疗计划系统的图像读取子模块中,针对该系统模块要处理不同格式图像文件及应对系统需求变化时复用优秀代码的具体需求,使用Adapter模式进行了可复用的软件设计。使用Adapter模式后的效果表明,该系统模块可以以一致的接口处理不同格式的图像文件,同时也使优秀代码得到了有效地复用。讨论了医学图像分割技术并针对Live-Wire算法的分割效率进行了算法改进。针对Live-Wire交互式分割算法在动态搜索最短路径过程中效率低下的问题,将数据结构——配对堆应用到Live-Wire算法的最短路径动态搜索过程中,提出了一种基于配对堆改进的Live-Wire算法,从而提高了Live-Wire算法在搜索最短路径过程中的运行效率。利用可视化工具包VTK实现了当前流行的三维重建算法。分析了医学图像三维重建的处理流程及三维重建算法的分类,实现了移动立方体算法和光线投射算法。针对重离子束的特性及放射治疗癌症临床试验的需求,实现了三维适形的重离子剂量计算方法。通过将实验结果与经验优化结果对比以及利用剂量体积直方图进行计划评估表明,该方法使得整个靶区受到了大剂量杀伤的同时,最大限度地减弱了对靶区后沿重要器官的照射,达到了放射治疗的目的,同时也体现了重离子束比传统放疗方式在放射治癌方面具有更大的优势。在系统关键技术研究的基础上,论文设计并实现了一个三维适形放疗计划系统原型。该系统能够输入和处理图像数据,确定体内病变组织及其他感兴趣组织的几何描述,为医师提供了医学图像的三维重建和数据可视化工具,并通过计算放疗定位参数、剂量分布和体表适形器参数等,设计出治疗方案,并通过剂量体积直方图等手段评估治疗方案后,输出最优的治疗计划以指导放射治疗临床试验。