最新的癌症统计数据显示,乳腺癌是女性恶性肿瘤中发病率最高的疾病,已经成为女性生命健康的最大威胁。目前临床所用的乳腺癌检测方法,如X射线摄影术和超声成像等,在安全性、特异性以及使用舒适性等方面都存在不足。基于癌变组织与正常组织之间光学参数差异的扩散光学层析成像(diffuse optical tomography,DOT)技术对乳腺肿瘤具有较高的灵敏度和特异性,可以提供丰富的功能性信息,在早期乳腺癌检测及新辅助化疗疗效评价等方面具有很好的应用前景,但是现有的DOT成像系统结构复杂,成本昂贵。本研究的目标是开发一套基于硅光电倍增管(silicon photomultipliers,SiPM)的紧凑型多波长DOT成像系统。与传统的成像系统相比,本系统降低结构复杂度的同时,成本更低。本研究涉及硬件设计、系统搭建、程序开发和性能测试,完成的具体工作如下:1.开展基于SiPM的扩散光探测技术的可行性研究。传统的DOT通常采用光电倍增管(photomultiplier tube,PMT)作为探测器件,并使用光纤进行接收光信号耦合,导致系统结构复杂,成本昂贵,限制了DOT在临床上的应用。针对这一问题,本文采用了新型光电探测器SiPM作为光电探测器件代替PMT,从而有效降低系统结构复杂度和成本。为了验证SiPM用于扩散光探测的可行性,本文使用所制作的SiPM工作电路,测试得到了连续波模式下,接收信号强度与光传输距离的关系,在频域模式下,得到了接收信号幅度、相位与光传输距离的关系。测试结果与扩散方程解析解得到的理论结果相吻合,表明使用SiPM进行扩散光探测是可行的。2.基于SiPM的多波长DOT成像设备设计研发。硬件层面,采用32个三波长发光二极管(light-emitting diode,LED)作为激发,32个SiPM作为探测,开发了一套连续波工作模式的三波长乳腺DOT成像设备,设计制作了各个模块的工作电路;软件层面,开发了一套用于控制设备工作的软件,实现了激发光源的数字控制切换和32通道并行采集。对各部分性能进行了测试,确保其性能达到设备要求。最后完成了系统集成,三波长32通道数据采集时间53秒,信噪比>60dB。3.进行了仿体实验来验证设备的成像性能。使用通过差分测量的方式实现数据校正,消除系统误差。为了测试设备性能,本文设计了具有不同数量、不同深度异质体的多个仿体,并进行了成像实验,结果表明本设备能够实现对异质体的定位,得到重建图像。定位误差不大于2mm,有效成像深度不小于38.8mm。