针对荧光扩散层析成像中荧光光源的定位误差较大和形态学信息不完整的问题,提出一种基于组稀疏正则化的同时代数重建技术(GSR-SART)算法。该算法利用图像的非局部自相似性和局部稀疏性构造自适应相似组;然后,将相似组作为基本单元,学习自适应字典;最后,采用迭代收缩阈值算法求解目标函数。实验结果表明,所提算法在峰值信噪比和方均根误差的结果上比其他先进算法有较大的提升。

基于电子倍增电荷耦合器件探测器搭建了面向小鼠活体非接触式测量的荧光扩散光层析成像系统,为了避免复杂的焦点矫正计算并降低逆问题的病态性,提出一种新的电荷耦合器件平板探测器信息提取及扩展方法,并根据信息提取方法发展了非接触式荧光扩散光层析成像图像重建算法.通过大量仿体荧光扩散光层析成像实验,证明当提取的信息对应于圆柱域投影的1/2、且将信息提取域分解为3个子域时重建可获得最好的效果.制备了皮下植入荧光目标体的活体小鼠进行荧光扩散光层析成像实验,与显微CT成像结果的对比表明：搭建的系统结合所发展的图像重建算法能够较好地重建出活体小鼠内荧光目标体的位置和浓度,有望应用到小鼠肿瘤模型的荧光层析成像中.

为解决含有低散射、高吸收和空腔区域组织内扩散方程光子输运模型的不适用性，发展了基于图形处理单元(GPU)加速的任意复杂组织体光子输运的蒙特卡罗建模方法。在此基础上，提出了基于蒙特卡罗正向模型的时域荧光扩散层析广义脉冲谱技术法。模拟结果表明，与扩散方程相比，基于蒙特卡罗模拟的时域荧光扩散层析对含有低吸收高散射、低吸收低散射、高吸收低散射、高吸收高散射和空腔异质体的复杂组织体中荧光目标体的位置和形状都进行了更准确的重建，从而验证了这种荧光图像重建方法的通用性。

荧光分子断层成像支持在体无创研究长时间跨度的分子事件， 满足21世纪系统化地观测生命过程的要求。 在其复杂且耗时的重建中， 先验信息有助于加快重建速度， 提高重建图像的质量。 文章将求解荧光物的深度作为待优化问题， 由单幅荧光图像直接快速地估计深度信息。 首先根据生物组织内的扩散模型和外推边界条件， 推导出生物体边界上两点处荧光强度的比值Rf。 然后用粒子群优化算法， 在吸收系数和散射系数的估计区间内， 由最小化生物体边界上两点处模型值RMf与测量值RTf之间的差， 估计出荧光物的深度。 不同尺寸荧光物的两个仿体实验的结果表明， 所提出的方法不需要网格剖分和重建， 能快速简单地估计出单个类似于球体的荧光物的深度。

提出了基于二维圆域解析模型的时域扩散荧光层析图像重建算法。采用了外推边界条件下二维圆域结构的扩散方程解析解, 利用基于耦合扩散方程拉氏变换的广义脉冲谱技术和基于玻恩比的归一化逆问题模型, 实现圆柱层析模式下的图像重建。为了解决线性求逆过程中的病态问题, 采用了代数重建技术进行相应的线性求逆。并通过引入一对实数拉氏变换因子, 实现荧光产率和寿命的同时重建。利用多通道的时间相关单光子计数系统对实验仿体进行了圆柱层析式时间分辨的数据测量, 实验结果表明, 提出的重建算法对于目标体的位置和形状都进行了较准确的重建, 从而验证了该重建算法的可靠性及可行性。