随着精准和个体化医疗概念的提出,越来越多的医院计划使用质子和重离子放射治疗。相比于光子,质子和重离子不仅有更好的物理剂量分布,而且有更强的生物效应。为了更准确地评估质子和重离子等高LET射线的生物效应,本文主要研究了两个问题:一是如何准确模拟不同LET射线所致的DNA损伤和分布以及不同类型的染色体畸变;二是如何建立基于DNA辐射损伤的细胞存活机理性模型。具体工作如下:（1）基于仅适用于光电子的纳剂量生物物理蒙卡模拟程序NASIC,本文优化了该程序的DNA损伤模块和DNA损伤修复模块,使其适用于质子、重离子等更多的射线类型,并增加了更多功能。在DNA损伤模块中,增加了DNA片段长度统计功能,通过与实验可测量DNA片段长度统计数据比较,发现实验测量的DSB产额存在低估。在DNA损伤修复模块中,增加了统计的染色体畸变类型,重新选取了核基质结合区的位置、不可重组的DNA片段长度,以及DSB末端状态改变参数等,使得模拟的光子的染色体畸变产额与剂量符合线性平方关系,且模块适用于更多的射线类型。（2）根据辐射致DNA损伤及DNA损伤修复机制,以及NASIC模拟的DNA辐射损伤和染色体畸变的详细信息,分析DNA辐射损伤分布、DNA损伤修复过程,及其与细胞死亡的关系,分别建立了基于DNA双链断裂、DNA片段分布,以及染色体畸变的细胞存活机理性模型,并采用细胞存活实验数据对模型进行了验证。这些模型避免了线性平方（LQ）模型在高剂量下对辐射致死效应过高估计,而且具有同种细胞的模型及参数,不受射线种类和能量限制的优点。（3）根据建立的细胞存活模型,从分子和细胞水平,探讨了生物学参数α和β的含义,分析了高剂量下LQ模型对辐射致死效应过高估计的原因,参数化描述了簇损伤效应和过杀伤效应,从而为粒子治疗临床提供参考。本文工作一方面完善了NASIC,使其能够准确模拟质子重离子等射线的生物效应;另一方面,利用NASIC这一工具,分别基于DNA损伤和染色体畸变建立细胞存活机理性模型,为粒子治疗临床提供了有价值的参考。