重离子放疗是目前对肿瘤进行精准无创治疗的有效方式之一。在放疗过程中由于各种因素影响,在正常摆位中肿瘤位置会产生偏移,从而造成治疗中正常组织的损伤,且癌细胞放射治疗不彻底。放疗摆位是治疗中的重要环节,摆位后肿瘤位置精度的高低与保持机制很大程度上决定了放疗效果。本文对摆位中生理及生物力学行为对软组织的变形影响进行了分析,通过三维建模及有限元仿真,得到了肺部肿瘤摆位误差变形规律。利用课题组自主研发的医用机械臂为补偿载体,提出了肺部肿瘤摆位误差补偿关联模型,并对基于此误差的补偿方法和精度保持机制进行了验证,得到误差平均修正率为67%。本文的主要研究内容和结果如下:（1）针对呼吸运动,本文选用了德国Lubeck大学一只有呼吸运动数据的公开数据库。分析数据得到了体内及体表的呼吸运动曲线,发现由于呼吸运动的存在,造成软组织及肿瘤变形,且在头脚方向的变形量最大;建立了体内-体外呼吸运动关联模型,可通过体表变形计算靶区变形误差,模型拟合相关度随着多项式次数的增加而增加,且均方根误差依次降低。（2）完整的生物软组织模型是研究摆位前后变形的重要载体。本文采用来源于Cancer Imaging Archive网站,一肺组织患肿瘤中年男性患者的影像数据。利用解剖学和生物力学相关先验知识,通过Mimics联合3-Matic软件建立了包含肿瘤的肺组织有限元模型;赋予其生物力学特性参数,在ANSYS中仿真分析了肺和肿瘤的摆位变形误差,得到摆位中肺组织的变形规律。（3）通过有限元分析得到软组织及肿瘤中心的变形误差规律,拟合得到肿瘤中心随摆位角度变化而变化的误差模型;在单轴旋转误差模型的基础上,建立了多自由度摆位时的肿瘤中心误差模型;以自主研发的医用机械臂为载体,建立了肿瘤二次摆位摆位变形误差补偿关联模型。（4）针对特定的放疗治疗流程,给出了体内肿瘤摆位变形误差验证方法;利用实验室现有设备搭建补偿实验平台,对本文提出的一种通过控制机械臂姿态来前馈修正补偿肿瘤位置精度的方法进行验证,为精度保持机制找到理论支持。本文研究结果对提高重离子放疗中二次摆位精度和效率,达到精准治疗预期效果,有着积极的意义。同时,此项研究对其它医学领域医疗机器人的研发和应用也有一定的参考价值。