当今世界，人类面临着人口爆炸、环境恶化等诸多严峻的挑战，诱发了对人类自身的最大威胁——癌症。然而，由于国家与地域、人类与种族及人与人个体等差异化，即便是相同的癌症疾病，其诊疗需进行分型分类、个体（性）化治疗。为此，美国前总统奥巴马于2015年宣布了“精准医学”计划。作为精准医学理想的治疗方案之靶向药物，疗效如何评测？X射线荧光CT因其结合了X射线荧光分析技术和CT重建技术，可以非侵入、以图像方式呈现检测样品（靶向药物或药丸）中元素的分布和含量，在生物制药、新药筛选、药物疗效或靶向药物（丸）评测、医学诊疗等领域中将发挥重要的作用。　　然而，常见的X射线荧光CT采用同步辐射光源（SR），其设备过于庞大、不可移动且造价十分昂贵，这极大地阻碍了X射线荧光CT技术的发展与应用。采用X射线管源替换同步辐射源，不仅可以使系统成本大大地降低，而且其可移动性，使台式X射线荧光CT系统成为可能。因此，管激发X射线荧光CT系统或成像技术亦然成为研究的热门之一。　　有鉴于此，本论文依托国家自然科学青年基金项目“面向生物医学软组织基于高分辨 X光谱仪的能谱CT成像应用基础研究”（项目批准号：31401106）、重庆市基础科学与前沿技术研究项目“适于小样本活体成像的多色X射线荧光CT系统仿真研究”（项目编号：cstc2015jcyjA0622）和中央高校基本科研业务费重点项目“多色微焦X射线荧光CT成像仿真及其重构算法研究”（项目编号CDJZR14125501）等科研课题，开展了管激发X射线荧光CT系统关键技术创新性研究工作。论文主要研究内容，可以归纳为以下几个方面：　　①开展了管激发X射线荧光CT成像理论、成像模拟及重建算法的研究。基于此，研究分析了FBP、ART及MLEM重建算法在荧光CT重建中差异；进而，研究了一种带吸收校正的OSEM-TV重建算法，可使在大角度间隔采样的情形下，不仅仍能重建出高质量X射线荧光CT图像，而且通过有序子集（OS）的迭代方式，能够加速迭代收敛。　　②研究了基于Siddon算法的管激发X射线荧光CT重建方法。针对基于线驱动模型X射线荧光CT重建计算耗时问题，将Siddon算法和X射线荧光CT重建相结合，研究了基于Siddon算法的X射线荧光CT重建方法。着眼于数值模拟和Monte Carlo模拟方法，采用FBP、ART及MLEM算法，通过对由模拟方法获取的投影数据进行图像重建，借以验证该方法的可行性。　　③研究了笔形束管激发 X射线荧光CT重建图像信噪比（SNR）和对比度噪声比（CNR）。针对K-edge CT和X射线荧光CT成像方式，从理论上对比分析了K-edge CT和X射线荧光CT重建图像SNR值。借助于数值模拟成像和Monte Carlo模拟成像，研究分析了两种成像方式CNR值以及CNR值分别与元素浓度、感兴趣区域（Region of interests，ROIs）大小（直径）的关系。　　④系统、深入地研究了多孔准直管激发 X射线荧光CT系统的成像技术原理及方法。研究分析了多孔准直成像系统模型——精确离散模型。采用Monte Carlo模拟成像融合FBP与MLEM算法重建图像，借以验证所述模型的可行性。分析计算了X射线荧光CT图像CNR值。搭建了基于多孔准直的管激发X射线荧光CT系统，测量了硝酸钕（Nd(NO3)3）溶液在样品中的分布，以此从实验上验证该成像系统的可行性。此外，还初步讨论了准直孔间距和深度对成像质量的影响。　　⑤系统、深入研究了针孔准直管激发 X射线荧光CT系统成像技术原理及方法。从理论上，分析了基于针孔准直的 X射线荧光CT原理，推导了成像系统的离散模型（吸收校正）。采用数值模拟和Monte Carlo模拟，获取了GNPs的L系荧光CT投影数据，开展了基于针孔准直的L系荧光CT成像技术原理研究。采用MLEM算法，重建了加入吸收和未加入吸收校正情形下的图像，计算了CNR值。　　本文既从理论、仿真研究出发，研究了管激发X射线荧光CT系统的可行性，还辅之于实际的实验研究（与清华大学工物系联合搭建了实验系统），从实验上初步验证了或佐证了管激发X射线荧光CT系统的可行性。　　此外，本文开展的管激发 X射线荧光CT系统成像关键技术研究，研究内容涉及了核技术、光学工程、图像处理与图像重建等相关领域，属于交叉学科范畴。目前，管激发 X射线荧光CT系统或成像技术方兴未艾，不仅在医学临床应用方面有着广阔地应用前景，而且对于推动我国开展管激发X射线荧光CT成像技术的研究具有重要的理论和现实意义。