近红外光学断层成像技术是一种具有较高临床应用价值的无损成像技术,该技术可以通过获取组织断层光学参数的空间分布进行某些疾病的诊断,目前其成像技术、疾病诊断机理等都在不断完善过程中,其中高分辨率图像快速重建技术与肿瘤的在位识别与诊断是研究热点之一,也是目前难度较大的课题。本文研究的主要目的是建立一种较快的已知组织内部局部形态信息的光学参数实时成像重建算法,获得比较可靠的图像重建数学模型,然后在肿瘤热疗实时在位监控上进行应用尝试,为将来临床医学应用打下基础。论文在完成近红外光学成像系统设计的基础上,系统地进行了光学参数与生物组织热凝固过程相关规律的研究,并将研究结果结合近红外光学断层成像技术应用到生物组织局部热凝固治疗实时在位监控中,获得了一些重要结论。本文主要工作及创新性成果如下:1.实现了基于散射传播理论(Diffusion theory)的生物组织近红外光学成像正向问题的求解方法。主要工作有:推导了二维稳态扩散方程,提出了适合本课题研究模型的边界条件,采用Femlab软件仿真,给出了非均匀光学介质的光子能量分布,完成了正向问题求解。2.提出了不需要计算Jacobian矩阵的多参数优化算法完成近红外光学断层成像系统逆向问题的求解思路,给出了完整的优化算法数学模型。在优化算法上提出了N进制分部编码的遗传算法。实现了近红外光学断层局部参数重建,大大加快了重建速度(和目前的传统方法相比),为实时在位局部光学参数检测的实现提供了可能。3.设计了一套基于连续光强激励的8通道光学断层成像系统。能够实现本文的局部光学参数图像重建,通过大量的模型实验对系统可行性进行了验证。4.实现了通过约化散射系数对生物组织局部热凝固治疗过程实时监测的设想,该设想巧妙地实现了体内温度-热凝固过程-光学参数的关联,为体内温度和热凝固程度的无损测试打下了基础,有可能解决长期困扰临床医学的体内温度和热凝固程度的无损测量技术的难题,这是本文的一个重要创新。5.初步达到了利用近红外光学断层成像系统对生物组织热凝固过程进行无损监测的目的。系统通过监控组织局部热凝固过程的约化散射系数来对组织热凝固过程进行评估。同时研究过程中发现生物组织边界处的光强与监控区域的约化散射系数存在密切相关性,获得了初步结论,这部分研究还有待深入。目前近红外光学断层成像技术是一个难度很大的系统课题,许多问题需要进行深入研究。本文选择了局部光学参数成像快速算法及其在局部热凝固治疗中的应用为出发点,实现了课题设想。