以CT和PET/CT为代表的放射成像技术已经被广泛应用于医学诊断中,然而,放射医学成像检查的大量使用很快引起了人们对多次成像中辐射诱发患癌风险的担忧,为了量化这些风险,需要计算患者的器官吸收剂量,现有的剂量计算工具只能用来评估一般人群受到的辐射水平,不足以在临床中进行患者个性化的器官剂量量化,主要挑战体现在两个方面:一个是患者个性化计算机人体模型的快速构建,另一个是辐射剂量的快速准确计算,研究者们需要开发出有足够速度和准确性的个性化器官剂量计算工具,以便应用于常规临床实践中。针对上述问题,本文旨在提出和验证一个基于PET/CT影像数据的多器官自动分割和快速蒙特卡罗的个性化辐射剂量计算方法。具体的研究目标是利用CT图像构建基于神经网络的器官自动分割模型,以完成个性化体模的快速设计,同时开发GPU加速的蒙特卡罗辐射剂量计算软件实现放射医学成像中辐射剂量的快速计算。本文主要工作和研究成果如下:（1）基于多器官自动分割的个性化体模快速构建方法的研究。器官自动分割是构建个性化体模的好方法,然而,训练一个针对全身器官的神经网络分割模型异常困难,本文提出了一套先分类再分割的全身器官自动分割方法,具体来说,基于EfficientNet架构训练一个CT部位分类网络模型,将全身共分为5类（头颈部、胸部、腹部、盆腔部和腿部）。在3DU-Net的基础上添加了残差模块和深度监督模块,并根据输入CT图像样本的尺寸对下采样层进行了调整,以此构建了 3DResU-Net,然后分别训练了头颈部、胸部、腹部、盆腔部等多器官分割网络模型以及大脑、晶状体、皮肤、脊髓等单器官分割模型,在新患者上进行测试时,先将CT图像分为不同部位类别,每个部位的CT图像被输入相应的器官分割网络进行预测,最后合并所有器官的分割结果。在50例测试患者中（超过4000张CT图像）,CT部位分类网络模型总体分类精度超过99%,器官分割网络模型在全身大多数器官的Dice系数达到或接近0.9,一个全身PET/CT成像患者的个性化体模构建时间约为1分钟。（2）基于GPU加速的蒙特卡罗辐射剂量计算。结合个性化体模构建方法和一款GPU加速的蒙特卡罗计算引擎ARCHER,开发了针对CT成像的个性化辐射剂量计算软件ARCHER-CT,并与一款基于参考人模型的CT剂量商业软件VirtualDose进行了剂量结果比较。此外,通过构建一个与核医学（Nuclear Medicine,NM）放射性核素相关的放射源模块,开发了针对PET成像个性化辐射剂量计算的蒙特卡罗软件ARCHER-NM,并与一款流行的基于CPU的蒙特卡罗软件GATE进行了剂量结果比较。结果表明ARCHER-CT剂量计算差异相比VirtualDose降低了 10倍以上,ARCHER-NM相比GATE计算速度快了 800倍以上,而两者计算的器官剂量平均相对差异不超过2%。（3）PET/CT个性化辐射剂量计算软件的临床应用。本文提出了一种PET/CT成像患者的时间累积活度分布的计算方法,以便计算PET成像内照射剂量,开发了个性化体模程序接口和PET/CT成像个性化辐射剂量计算程序接口以便将其嵌入临床使用的辐射剂量计算软件DeepPlan,并进行了 10例PET/CT患者个性化辐射剂量计算的临床测试。CT成像剂量计算中平均每个患者只需要48秒,PET成像剂量计算中平均每个患者只需要22秒。研究结果表明本文提出的基于PET/CT影像数据的多器官自动分割和快速蒙特卡罗的个性化辐射剂量计算方法是可行的,本研究所开发的PET/CT成像个性化辐射剂量计算软件具备足够的速度和准确性,为临床PET/CT成像患者个性化辐射剂量评估提供了一种有效的工具,同时,也为其它放射医学成像应用中的个性化辐射剂量计算提供了一种有效的解决方案。