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荧光分子断层成像技术(Fluorescence Molecular Tomography,FMT)具有无创伤、特异性高,无电离辐射等诸多优点,在早期癌症诊断、药物疗效追踪评估及手术导航等医学领域具有极大的应用潜能。现有的FMT成像系统中,采用电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)或电子倍增电荷耦合器件(Electron Multiplying Charge Coupled Device,EMCCD)来获取测量数据,但针对更微小肿瘤组织的早期检测时,由于CCD或EMCCD的灵敏度限制,可能在荧光信号的采集过程中造成信号的损失,光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)的使用为解决此问题提供了一个选择。此外,目前成像系统采用的激发光路交替激发,探测光路分时收集的数据采集方式较为耗时,如何在保证单点激发优势的同时,实现多点激发和多点测量的数据采集,是构建基于PMT的高灵敏度荧光分子断层成像系统面临的新挑战。为了提高现有FMT成像系统的检测灵敏度和优化数据采集方式,本文提出了基于频率调制和空间编码检测的单PMT荧光分子成像方法,具体的研究工作如下:(1)基于频率调制方法和空间编码方法的数学模型构建及其验证。本文针对频率调制方法和空间编码方法的数学模型构建及其求解进行了研究,首先推导了频率调制方法和空间编码方法的数学模型,使其在数学理论上达到严谨;其次为了验证频率调制模型和空间编码模型的准确性,分别对这两种数学模型进行了图像重构的仿真实验;最后利用三个图像质量评价因子对得到的重构图像和原始图像进行了质量分析。实验结果表明频率调制方法和空间编码方法的数学模型具有良好的性能,可与PMT结合用于FMT数据采集过程中。(2)基于频率调制和空间编码检测的单PMT荧光分子成像。在频率调制方法和空间编码方法的数学模型成立且准确的基础上,本文提出了基于频率调制和空间编码检测的单PMT荧光分子成像方法。首先利用数学理论推导出了结合频率调制和空间编码方法的整体数学模型;其次为了验证模型的有效性和准确性,设计了简单规则几何模型和非匀质圆柱体模型的仿体实验;最后利用三个图像质量评价因子对得到的重构图像和原始图像进行了质量对比分析。实验结果表明本文所提的方法是有效且准确的。