为了能够实时验证质子束作用范围从而实现更加精准的自适应质子治疗,本文以束流声学效应为基础,在传统单点飞行时间（TOF）测距的基础上,提出了一种基于多边定位的简单快速的质子束射程验证方法。在均匀介质、异质组织中分别进行仿真研究,从单点测距和多边定位两个阶段进行分析,提出提高定位精度的方法。测距阶段,本文讨论了信噪比、飞行时间选取、传感器摆位以及脉冲宽度、束流尺寸、能散度三个束流参数引起的TOF偏移。不同飞行时间中,中心飞行时间受噪声水平的影响最小。综合k-Wave模型与COMSOL模型的声学仿真结果,给出了布置传感器的最佳区域以减小TOF测距系统误差,避免部分干涉。为了减小不同束流参数下TOF偏移所带来的测距误差,对TOF与测距误差进行指数函数拟合从而确定校正因子,实现TOF测距自校正。三个束流参数中,脉冲宽度增加引起的TOF偏移最大,校正效果最佳。束流尺寸增加引起的偏移较小,校正效果不明显。在1.4%以内增加能散度TOF测距误差没有发生明显变化,因此无需进行校正。定位阶段,本文采用最小二乘法求解多边定位非线性方程组,并将最小二乘解作为阻尼牛顿法的初值进一步迭代,从而提高精度,加速收敛。综合考虑定位精度和计算时间等因素,最终采用6个定位单元实现多边定位。之后讨论了最佳的定位单元拓扑结构以及算法收敛性。最后比较了不同束流参数下的单点TOF测距误差和多边定位误差,给出了满足亚毫米精度要求下算法的适用束流参数范围。为了实现体内射程验证,在均匀介质仿真的基础上进行了异质组织声波仿真。针对异质组织中TOF测距的声速不均匀性问题,提出了一种基于CT图像的路径加权平均声速的计算方法。仿真结果表明,异质组织中的多路波干涉使得飞行时间产生了延迟,导致TOF测距误差明显增大。相比于均匀介质的亚毫米精度,异质组织中的定位误差在0.58-2.23 mm之间。最后比较了路径加权平均声速和算术平均声速两种声速下的定位精度,验证了本文提出的路径加权平均声速计算的准确性。