窄束X射线激发发光断层成像（X-ray luminescence tomography imaging,XLCT）是利用某些纳米荧光粒子（phosphor nanoparticles,PNPs）在窄束X射线激发下会产生近红外光的特性进行成像。荧光纳米粒子受激后发出的近红外光信号被高灵敏度的光敏探测器接收,再通过相应的重建方法即可恢复出生物组织体内的PNPs的分布。XLCT与传统的光学分子成像技术相比,具有以下特点:（1）该成像模态摆脱了自体荧光的干扰;（2）由于X射线在生物组织体内具有较强的穿透性,因此该方法可以实现较深的成像深度;（3）由于激励源是X射线,所以XLCT可以同时实现结构和功能的双模态成像。本文通过单光子计数技术研发了窄束X射线激发发光断层成像系统,并在该实验系统的基础上,开展了窄束XLCT的三维重建研究。针对由探测器得到的表面荧光数据反演组织体内PNPs三维分布问题的病态性,使用基于梯度下降的L₁正则化方法改善了该问题的病态性,并与ART方法进行了对比。最后,进行了仿体实验,实验很好的重建出仿体内部的PNPs的位置信息,进一步验证了图像重建算法和系统的可行性。除此之外,还进行了一些有意义的模拟仿真研究验证,比如X射线束宽度对图像重建质量的影响。由于窄束XLCT获取测量数据需要较长的时间,为了减少扫描时间,通过模拟实验验证了多窄束X射线激发发光断层成像用于图像重建的可行性,但由于弱化了先验的位置信息,导致重建图像质量有所下降。基于此本文创新性的提出了基于X射线束强度加权调制的多窄束XLCT重建方法,通过削弱其它窄束对某些窄束激发荧光强度的影响,达到有效改善图像重建质量的目的。