当今社会,随着人们对身体健康的关注度越来越高,医学影像技术得到了迅猛的发展。在目前的临床应用中,磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)、超声成像(Ultrasonic,US)、电子计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)等技术手段占据主流,但它们在安全性、便携性、舒适性上都有一定的缺陷。扩散光学层析成像(Diffuse optical tomography,DOT)是一种基于正常组织与癌变组织光学性质的差异,通过算法反演出组织内部图像的光学分子成像技术。作为一种新兴的成像方式,扩散光学层析成像以其无损性、便携性、实时性等优点,在乳腺成像、脑成像、癫痫诊断等方面有着广泛的应用。然而,现有的扩散光学层析成像系统大多以激光作为光源,其结构复杂、造价高昂,且具有一定的危险性。因此,本次研究尝试以发光二极管(Light Emitting Diode,LED)代替激光作为系统光源,探究此情形下系统的成像能力。本次研究的主要目的是搭建一套以LED作为光源的连续波扩散光学层析成像系统,并且设计新型接口,使得系统不局限于单一形状的成像,最后再通过一系列的仿体实验测试系统的成像能力以及广泛适用性。主要工作内容如下:1.介绍扩散光学层析成像理论基础。首先从光学理论基础出发,阐述了光与生物组织的几种主要作用形式,说明了其中重要的光学参数。接着探讨了光在生物组织中的传输理论:辐射传输方程。并介绍了三种系统模式下的扩散方程。详细地介绍了连续波模式下的扩散方程,基于此方程,阐述了使用有限元法的扩散光学层析成像算法,并对算法过程中的正问题、逆问题进行详细的说明。2.设计并搭建基于LED光源的连续波扩散光学层析成像系统。在硬件层面,采用LED作为激发光源,将光电二极管作为探测器,搭建了一套连续波模式下的扩散光学层析成像系统。系统设计了新型接口,能适用于任意形状物体的成像;并搭配使用3D扫描仪来得到建立三维有限元网格的信息。在软件层面,概述了LabVIEW程序的作用,详细介绍了LabVIEW程序通过现场可编辑逻辑门阵列(Field programmable gate array,FPGA)控制卡对LED点亮的控制流程以及对数据采集卡采集数据的触发。并编写算法对3D扫描仪获取的三维坐标进行校准对齐,使用软件生成三维有限元网格。编写MATLAB程序实现对实验数据的预处理和生成算法配置文件。3.通过大量仿体实验验证系统的成像能力。介绍了实验所用仿体的选取依据以及制作流程。设计多种接口并进行多种形状的仿体实验。对于圆柱形仿体,采用32*32的光源-探测器阵列,设计具有不同数量、不同深度、不同大小、不同对比度的异质体仿体实验,验证系统的成像性能。在此基础上,进行人脑形仿体实验,采用40*40的光源-探测器阵列,通过此实验,证明系统对不同形状被测物的适用性。本次研究顺利完成了系统搭建,通过仿体实验证明了LED光源在连续波扩散光学层析成像系统中的可应用性以及本文所设计接口的广泛适用性。