薄层光学层析成像(Laminar Optical Tomography,LOT)是一种新兴的能够实现深度分辨的介观功能光学成像,结合了共聚焦激光扫描显微镜(Confocal Laser Scanning Optical Microscopy,CLSM)的光学结构和漫射光层析成像(Diffuse Optical Tomography,DOT)的图像重建原理。传统LOT存在的一个问题是入射和返回主光线与光轴间的夹角随着扫描坐标的不同而变化,而重建算法的正向模型中的光源模型是基于角度不变的,即存在着实验模型与正向模型的不匹配,将加大图像重建的误差。本文旨在不降低扫描速度的前提下解决模型不匹配问题,进行了以下工作:(1)模拟分析了准直光入射角对组织体内光子密度分布、边界光流量、吸收系数重建结果的影响。(2)在本课题组已有基础上设计并搭建了小倾角LOT系统。(3)从软件模拟和实验验证两方面验证了本系统能够减小入射和返回主光线与光轴间的夹角。软件模拟和实验的结果都表明,在同一扫描坐标处,小倾角LOT可把入射返回主光线与光轴的夹角分别降低为传统LOT的二分之一和十分之一。(4)设计了成像实验,验证本LOT系统在0.5 mm的深度下的分辨率至少可达350μm。研制了仿宫颈组织体。利用该系统对光学参数、位置和形状都是已知的异质体进行成像实验和三维图像重建。结果表明:LOT实验中吸收系数重建值与真实值的误差在8%的范围内,重建异质体的位置和形状与真实情况基本相符。测试了系统能够分辨的极限吸收比,验证了本系统应用于检测早期宫颈癌的可行性。(5)进行了初步的临床宫颈组织成像实验。本论文的研究成果对提高早期宫颈癌的在体无创诊断效果具有重大意义。