在人类通过化学、免疫、抗生素疗法三大防治手段基本上控制了以往主要威胁人类健康的各类传染病之后,恶性肿瘤已经成为威胁人类健康的主要杀手。据相关的资料统计,恶性肿瘤居全球人类死亡原因的第三位,在大多数发达国家,恶性肿瘤是仅次于心血管病的第二大死亡原因。目前,放射治疗已经成为和手术治疗、化学治疗并列的三大治疗恶性肿瘤手段之一。国内外统计数字表明,约有50%—70%的肿瘤患者需要不同程度地接受放射治疗。放射治疗计划系统是与医用加速器配套使用的一个专用计算机软件系统,放射治疗需要依靠放射治疗计划系统实现,放射治疗计划系统是实施放射治疗不可缺少的核心组成部分。本文将对放射治疗计划系统进行深入系统的研究,目标是研究开发一套功能完备、稳定、应用性好和具有市场竞争力的放射治疗计划系统软件。该系统能够为临床医生提供一个交互式图像的三维重构和数据可视化工具,能够输入和处理图像数据、确定体表、靶区及体内感兴趣组织的几何描述,通过治疗参数设计、治疗处方剂量的给定、剂量分布的计算和治疗时间的计算,制定出放射治疗方案,通过三维图像显示和治疗方案模拟为用户提供放射治疗方案的直观表示,最终生成特定格式的治疗文件供加速器使用。围绕上述目标,本文的主要工作和创新如下。(1)放射治疗计划系统是一个技术密集型的大型复杂软件系统,同时它又是医疗器械产品。本文根据放射治疗计划系统的软件和医疗器械的双重特征,建立了适合放射治疗计划系统开发管理的生命周期模型；根据放射治疗计划系统的功能性和安全性的要求,给出了系统的架构设计方案,各个模块的功能组成,以及采取的技术方案。(2)剂量计算的精度和速度是评价一个放射治疗计划系统实用与否的重要标准之一。放射治疗计划系统中的剂量计算主要包括光子束和电子束两种。对于光子束,本文研究目前能用于临床的精度最高的剂量计算模型——基于点核的卷积/叠加模型,研究内容包括多能谱光子束硬化修正算法、倾斜修正算法、电子污染、以及射束相空间模型,建立了一套完整的多能谱光子束剂量计算方案。电子污染是剂量计算中的一个关键问题,它会直接影响在建成区内的剂量计算精度,本文根据污染电子剂量的几何特性建立了简单的几何模型。对于剂量计算所必不可少的相空间信息,提出了一套完整的模型：在主能量注量模型的建立中,对对称性不理想的加速器的主能量注量模型进行了深入研究,结合乘法原理和测量数据,建立了两种可选的解决方案。(3)在电子束剂量计算方面,实现了Hogstrom笔形束电子剂量计算算法,从临床实践角度,给出了Hogstrom算法执行过程中所必需的物理学参数的求解方法,并对算法的临床可行性进行了验证。(4)放射治疗计划系统能否安全地在临床上应用的一个重要前提是：有比较完善的质量保证和质量控制程序。本文分析了基于角色访问控制模型(RBAC)在放射治疗计划系统中应用的合理性,结合放射治疗计划系统的开发实践和放射治疗临床实际给出了RBAC在放射治疗计划系统中的应用和实现过程。针对放射治疗计划系统质量保证中人的因素问题,给出了如何在放射治疗计划系统的设计、开发和维护阶融入人的因素的基本思路和做法。(5)国家食品药品监督管理局规定放射治疗计划系统在进行销售之前必须经过国家授权机构的检测和具有临床验证资格的医院进行验证。但是,国家食品药品监督管理局对放射治疗计划系统的检测和验证仅仅给出了形式上的一些规定,并没有给出具体的注册标准和指导性文件。本文结合放射治疗计划系统的产品特点和临床实际情况,建立了放射治疗计划系统检测和临床验证的基本程序,编制了用于临床验证的剂量评估软件。