多相流广泛存在于各种工业生产过程中，因而多相流检测具有重要意义。过程层析成像作为一种成功的计算机层析成像技术，具有非侵入性、可视化、清晰度高等特点。而射线层析成像作为一种非常重要的过程层析成像，具有坚实的数学基础和可操作理解的计算技术，被广泛应用到多相流测量领域。本文首先基于Geant4仿真软件构建了X射线单源系统；然后基于仿真数据进行了射线重建算法的研究，重点提出了基于灵敏度系数的聚类重建算法，并对其进行了讨论和研究；最后讨论了基于新有效性指标的医学CT聚类成像。主要的工作内容有如下几方面：（1）仿真系统的搭建基于Geant4仿真软件，完成了X射线CT系统的三维模型的建立，模拟了X射线与被测物质的相互作用，获得射线衰减后的仿真数据。（2）X射线图像重建算法基于获得的仿真数据，研究了反投影重建算法、滤波反投影重建算法、扇束重建算法、共轭梯度重建算法，并运用上述算法进行图像重建；并且研究了扇束重建算法下图像划分像素大小和距离D对重建图像的影响。（3）基于灵敏度系数的聚类成像构建了不同的X射线成像中灵敏度系数矩阵，研究了基于仿真数据下基于灵敏度系数的聚类成像，并且讨论了不同参数对基于灵敏度系数的聚类成像的影响，实验表明基于灵敏度系数的聚类成像为射线层析成像提供了新的研究方向，是一种全新的图像重建算法。（4）基于新有效性指标的医学CT聚类成像参与构建了基于不变量的两种新有效性指标，并且基于医学CT图像数据集，进行了基于新有效性指标的实验以及讨论了基于最佳指标类数下不同聚类算法对医学CT图像的重建。实验证明了医学CT聚类算法后能够有效地分辨出身体不同组织部分，具有实际应用的潜力。