射线和粒子束技术在医学中主要有两个方面的应用：一个是核医学成像，另一个是肿瘤的放射治疗。
        核医学成像技术包括单光子发射断层成像(sPEcT)和正电子断层成像(PET)。根据统计学方法的研究结果，sPEcT可以比x—cT提前3个月诊断出癌症，PET一般比sPEcT还要早3个月诊断出癌症。核医学成像技术不同于x射线断层成像(cT)、磁共振成像(MRI)和超声波成像，在显像之前必须注射相应的放射性药物作为显像剂，其影像反映的是显像剂及其代谢产物的时间和空间分布。核医学成像技术是目前惟一能在体外获得活体中发生的生物化学反应、器官的生理学和病理学变化以及细胞活动信息的方法，可为疾病诊断提供分子水平的信息。在分子水平实现人体成像已成为当前发展的新热点。

        从医学成像的角度看，如何更好地在三维空间内实时地显示人体内部发生的病变在今天仍然具有挑战性。当前的任务是要进一步提高图像数据的采集速度、图像的空间分辨率和对比度。例如，消除影像和剂量计算中的噪声以及由这些噪声引起的伪影，提高图像质量和治疗时的定位误差。sPEcT和PET成像的优点是特异性好，能够用于早期诊断；其缺点是空间分辨率差，病理和周围组织的相互关系很难准确定位。把核医学成像叠加在诸如X．cT成像、MRI高分辨率结构图像上进行定位是目前比较流行的方法。故图像的配准、分割和融合在医学成像中的应用是这个领域内一个重要的方面。

        肿瘤的放射治疗是目前肿瘤l临床治疗的三大技术之一。目前的放疗技术从使用的射线束看，可分为低LET(传能线密度)放疗和高LET放疗。前者包括x一射线、7一射线以及质子放疗，后者则包括中子和重离子放疗。放疗的主要装置是粒子加速器和”co源。放疗的一个重要问题是如何在准确地杀死癌细胞的同时，保护正常组织不受或者少受伤害。对于形状不规则的肿瘤，如神经胶质瘤，硼中子俘获治疗(BNcT)可达到较好的效果。

        放疗物理在世界当前的发展方向是发展用于放疗的各种新的装置，使得这些装置能够在临床上实现对肿瘤病人的实形调强放疗(IMRT)，其中最为突出的是电子直线加速器和螺旋cT结合形成的断层放疗(T0一.hempy)技术。为了保证放疗的治疗质量，保护病人的安全，加强对放疗设备的质量控制是一个重要发展趋势。同时，发展放疗计划软件、利用医学影像对治疗情况进行监督、在放疗后对病人接受的剂量场分布进行重建并和治疗计划进行比较等工作都是十分重要的。