本文以江苏省自然基金(BK2008230)和江苏省高校自然科学重大基金(09KJA140001)为支撑,针对光散射方法对生物细胞形态结构研究中球模型与Mie理论并不能适合真实测量中的非球形细胞与病变细胞这样的背景。以血液细胞为主要研究对象,对近真实非球形细胞的光散射理论、光强、相位分布与细胞形态的关系进行了研究,并对细胞群的散射响应微分方程、反演方法、复散射问题进行了初步的探讨。本文根据真实血液细胞在血管中流动时的形体特征,建立了双层椭球模型,通过改进RDG的形状因子P(θ),对各向异性细胞的体极化率按体平均进行修正,引入形体因子η控制模型的几何形态,获得弹性光入射下基于双层椭球核式模型的单一有核细胞散射光强分布函数。应用数值计算技术分别讨论了细胞在大小变化、胞质厚度变化、核质大小变化、细胞形体变化、折射率变化、入射角变化情况下对其光散射强度分布所产生的影响,并建立相应的模型进行数值计算和三维拟合。得到了有核细胞光散射强度分布与有核细胞相关物理特征量变化下的动态响应关系及其影响特征。此外,对有核细胞在形体和入射角连续变化情况下,光散射强度所受的影响进行了数值拟合,并对拟合效果进行了误差估算。同时从白细胞形体结构的特点出发,建立了单核细胞的双层偏心球模型。基于Mie散射理论和电磁波界面传输理论,应用几何散射逼近方法得到了单核细胞的散射光振幅函数,其数值计算结果与运用有限元方法计算的VirtualLab虚拟仿真结果一致,得到了散射光强随散射角呈震荡变化且集中于前向、偏振化程度集中于后向、相函数随散射角快速震荡衰减、散射光强分布与细胞核有关等结论。散射光强的角分布还呈现出了三种不同频率的光强调制,分析了这三种调制出现的物理机制,指出调制特性与细胞的形体参数光学参数之间的关系：低频调制在细胞大小尺度内无变化；次低频调制与细胞的相对折射率和核质比有关；高频调制的缺失与相对折射率和入射取向有关。并且指出细胞核紧贴细胞的情况下会有调制畸变现象出现。将散射相位信息作为对光强信息的补充,分析了双层偏心球模型相位变化的三个来源,修正了双层偏心球模型下的散射截面函数和相函数。从不规则肌细胞的显微图像出发,利用色标标定的方法从中提取出光学厚度的信息,光学厚度引起平面光的相位发生变化,从中计算出物光的复振幅表达。简单讨论了解决微粒群散特问题的方法。对于稀疏媒介系统引入了形貌概率分布函数只。)和形貌影响因子函数T(η),推导出任意形貌微粒的散射响应微分方程,解决其粒径形体分布问题。对于稠密媒介考虑复散射光强,推导出基于辐射传播方程的球形微粒群的复散射光强角分布并利用等效椭圆截面解决非球形微粒群的散射问题。最后分析了两个应用范例：将椭球模型应用于红细胞,引入扁椭球的体极化率,得到了散射光强分布及其数值结果,表明其前向、侧向及后向光散射精细谱的呈现,可以较容易地辨别病理状态的红细胞并应用于对红细胞的变形性研究。针对后向光散射技术在细胞检测中的应用瓶颈,对白细胞形态结构进行了分析,由此建立了白细胞五类的物理模型,基于光散射理论,应用数值仿真计算技术对白细胞五类的后向光散射幅值分布特征进行了系统性的研究,得到了白细胞内、外部形态结构及其折射率变化对其细胞后向光散射分布影响的主要关系和特征,从而拓展了细胞后向散射理论和应用技术。本文的研究内容为细胞的精细光学检测和鉴别技术的提高提供了理论依据。