近些年来,由于扩散光学层析成像技术(Diffuse Optical Tomography,DOT)的快速发展,该技术已经用于各种临床研究,包括乳腺癌,功能性脑成像和外周动脉疾病。借助于该成像技术研发的反射式成像设备使用灵活,并且由于其非侵入性、非电离辐射和成本低的特性,在各种临床应用中具有极大的潜力。但是现有的反射式成像设备结构复杂,紧凑性低。本研究的目标是开发—款紧凑型、便捷式以及高灵敏度的新型反射式扩散光学成像设备,完成的具体工作如下:1.反射式系统前端紧凑性设计。基于设备前端紧凑型的设计特点,硬件方面选用新型光电探测器(Silicon Photomultipliers,SiPM)作为光电探测器件,双波长发光二极管(Light Emitting Diode,LED)作为光源。同时对光源和探测器的布局进行了研究。首先,确定了反射式系统光源和探测器之间的有效距离范围10-63.69mm。其次,在该源探距离范围内考虑布局的疏密程度对成像穿透深度的影响,设计了 4光源4探测器、8光源8探测器和13光源12探测器三种合理的源探数量下的排布并进行相应的仿真实验。从成像深度和硬件实现难易程度方面分析实验结果,光源和探测器数量均为8个时,设备相对容易实现且成像深度与13光源12探测器排布方式相当。最后,研究了 8光源8探测器的排布方式对穿透深度的影响,得到最佳源探排布方式—菱形排布。2.系统整体硬件实现及测试。光源模块中LED正常工作需要稳定的电流,为此设计了相应的LED驱动电路。针对SiPM光电转换得到的电流信号较弱问题,探测模块设计了 SiPM读出电路。为了实现系统小型化,系统的控制是采用STM32单片机实现。硬件方面,利用其实现了系统整体的供电、8个双波长LED光源的切换、SiPM的光信号接收以及数据的采集工作。软件部分,包括上位机软件开发和下位机软件开发,共同实现了光源的切换和数据的采集功能。对系统性能进行测试,并召集志愿者进行了袖带阻塞实验。实验结果验证了系统双波长的有效性及具有快速跟踪血流动力学变化的能力。3.进行系统一致性校正及成像效果验证。为了确保系统的可靠性,对系统进行了输出结果受温度影响的测试。针对输出结果出现偏差的原因进行分析,并对硬件电路输出功率进行调整。在相同条件下,各个探测器通道输出结果不一致的问题,采用系数校正的方法使得通道一致性得到改善。在此基础上,利用曲线拟合的方法进行了输出结果的线性校正,弥补了 SiPM输出非线性的特点。为了测试系统的成像性能,本文设计了不同探测深度的仿体实验。结果表明该反射式成像设备可以定位出异质体位置,其有效成像深度可达到22.5mm。