放射治疗是癌症治疗的主要手段之一，其关键问题是如何有效地利用一定能量射线杀灭肿瘤细胞，同时最大限度地保护正常组织细胞以及危及器官不受或者少受辐照损伤。精确放射治疗就是要按临床治疗要求获得高精度的照射剂量分布方案以保证到达病体的实际剂量与处方剂量尽可能吻合。本研究利用已有的前期对ARTS(Accurate/Advanced Radiation Therapy System)研究基础，密切围绕实现精确放疗核心问题之一的高效反演方法，开展多学科交叉基础应用研究。内容包括三方面：电子能谱反演、光子能谱反演和电子剂量场反演。　　 对于电子能谱反演，建立了非线性规划电子能谱反演模型，并通过包括Levenberg-Marquardt、Quasi-Newton、Gradient、Conjugate Gradient、Newton、Principal-Axis与NMinimize等7种算法实现。提出“局部松弛-束缚法”，改进电子能谱反演精度。建立获取电子剂量场中光子污染的方法，发现忽略光子污染的电子能谱重建将得不到正确的电子能谱，发生“漂移效应”，即重建的电子能谱峰值向低能方向漂移；对于光子能谱反演，分别发展了基于离散能谱与基于解析能谱的光子能谱反演方法，并采用以上7种算法实现光子能谱反演；对于电子剂量场反演，提出利用体外透射剂量重建全空间电子剂量场的方法。在基于混合笔形束模型基础上，建立非线性规划电子剂量场反演模型，同样采用以上算法实现该模型；最后实现实时电子剂量验证，并实现了剂量场可视化，为发展具有我国自主知识产权法的精确放疗实时剂量验证以及能谱获取系统建立物理理论和方法。