放射治疗下一步的突破将会把放射物理与放射生物相结合,更多的考虑患者的个体化生物特征,针对不同患者的个体化特征设计更精准的个体化放射治疗方案并准确地预估放射生物效应。本课题基于蒙特卡罗模拟计算了患者肿瘤及正常组织各个受照射体元的光子能谱和散射次级电子能谱及剂量分布,构建放射生物效应预估模型,并基于该预估模型计算了不同单次照射剂量条件下产生的细胞存活率。基于计算机蒙特卡罗模拟构建的放射生物效应预估模型分为两部分:蒙特卡罗物理过程模拟和细胞损伤产额计算及损伤修复计算。首先利用蒙特卡罗模拟计算患者体内的所有受照体元的剂量分布以及入射到所有受照体元表面的光子和散射次级电子能谱,然后利用光子和散射电子能谱计算出入射到体元内部各个细胞表面的次级电子动能以及在体元内沉积的剂量。放射生物效应部分首先利用MCDS模型计算出感兴趣体元内各个细胞的DNA损伤产额(cDSB、sDSB),然后考虑细胞自身对受损DNA的快慢修复采用TLK模型计算出经修复后DNA的损伤情况并计算出体元内细胞的存活率。基于本课题构建的放射生物效应预估模型计算了接受2.0Gy照射后细胞存活率为54.22%,分析了不同单次照射剂量条件下产生的细胞存活率差异。结果表明,细胞存活率与入射剂量直接相关,单次大剂量照射产生的生物效应大于多次累加相同剂量照射产生的放射生物效应。本文提供了重要的光子能谱和散射次级电子能谱信息,具有重要的基础研究意义。放射治疗生物效应预估模型为临床放射治疗中采用的剂量大分割放射治疗技术提供了放射治疗生物效应的定量分析工具,具有重要的临床实际参考价值。