放射治疗是治疗肿瘤的主要方法之一，是现代医学的先进手段。精确放射治疗是放射线治疗肿瘤始终追求的目标，它是以“精确定位、精确计划、精确治疗”为特征的新的放射治疗技术的统称。针对精确放射治疗的整个过程，从治疗机射束模型的建立，到快速精确的射线剂量分布计算，到治疗时患者的精确定位进行了系统的研究。 适用于放射治疗计划系统的精确的蒙特卡罗(Monte Carlo)剂量计算模型是目前最精确的剂量计算模型。文中详细研究了蒙特卡罗方法及其在粒子输运问题中的模拟原理。为提高蒙特卡罗模拟效率，根据粒子输运过程中粒子与介质各种反应的物理机理，对文中应用的主要蒙特卡罗抽样方法进行了分析，提出了抽样的具体公式和方法。 应用精确的蒙特卡罗方法对直线加速器产生的粒子源进行了详尽的模拟，得到了辐射源的相空间数据，根据医用电子直线加速器产生的射线束流的特性，采用最小二乘的解谱方法，得到了射线束流中心轴上的能谱分布函数，并与蒙特卡罗剂量计算程序相结合进行了辐射源的剂量计算。通过与实验测量结果进行对比，证明了模拟的正确性。 以新推出的精确快速的蒙特卡罗剂量计算软件DPM(Dose Planning Method)为基础，深入研究了射线在均匀和非均匀介质的蒙特卡罗剂量分布计算。实现了DPM对任意介质的剂量计算模型的建模、输入文件的转化以及计算结果的可视化。扩展了DPM的功能，使其能与实际治疗设备医用电子直线加速器相结合，不仅可以对原来的单能γ光源进行剂量计算，而且可以对射束能谱连续分布的直线加速器X射线源进行剂量计算，不仅可以对原来的结构化介质进行剂量计算，还可以对真实的人体非均匀介质进行剂量计算，并且具有剂量计算结果的可视化显示功能。 文中解决了DPM与直线加速器射束模型的接口、DPM与人体CT图像数据以及DPM与MATLAB程序的接口问题，探索了临床上应用DPM进行精确剂量计算的路径。提出了一种基于神经网络的CT值组织参数标定方法，建立了基于CT值的精确人体模型，实现了一种基于医学序列CT图像的蒙特卡罗精确剂量计算的方法。对于剂量分布的显示，提出一种将数据图形处理方便MATLAB语言和计算速度快Fortran语言的混合编程的方法，既得到了很快的汁算速度又得到了可视化的剂量分布计算结果。 为了完成放射治疗前病人自动定位和复位，以及实时监测治疗中病人的位置，以实现精确放射治疗。设计一种基于像机的图像引导放射治疗(IGRT)定位系统，通过视觉定位原理完成标记物的三维重建。为了提高视觉系统的定位精度，简化了视觉定位的复杂性，提出了一种应用神经元网络对线阵像机进行非线性修正的方法和应用神经元网络对视觉系统进行标定和定位的方法。通过对实验结果的分析表明，该定位系统可以满足放射治疗中病人的精确定位的需要，达到了精确治疗要求。