光学层析成像是近年来广为关注的一种新型医学成像技术。它以近红外光作为光源照射生物组织，对组织体的光学属性参数进行成像。由于组织的光学属性参数与组织中的血流量以及血液的氧饱和度等功能信息直接相关，因此该成像方式是一种功能性成像方式。与现有的其它成像技术(如：X-射线计算机断层扫描成像等)相比，光学层析成像具有无放射性损伤、成像设备价格低廉、可对患者进行长时间监控等优点。 在成像系统中，近红外光一般经过光源光纤引导到介质表面，同时利用探测光纤对透射光进行测量。因而，重建问题是利用在介质表面测得的数据和光子在介质中的传输模型重建出组织体内部光学属性参数的过程。 目前，大多数重建方法都是基于玻尔兹曼方程(输运方程)的近似形式—扩散方程的，直接基于玻尔兹曼方程的重建方法研究刚刚起步。但扩散方程只适用于组织内部散射远大于吸收的情况，在散射并不远大于吸收或散射和吸收都相对较小的情况下重建效果很不理想，甚至失败。因此，本文主要研究基于输运方程的光学层析图像重建算法，主要工作总结如下： 1、提出了一种基于梯度树的光学层析图像重建方法，并将其用于含空洞状区域的图像重建中。 该方法是以联合差分技术为基础的。首先采用有限差分、离散坐标法求出前向解，然后在逆向重建过程中提出一个树形结构(称为梯度树)实现梯度计算。在此基础上，为了降低计算复杂度，提出了一种近似梯度计算策略。实验证明该方法能够有效地重建光学层析图像，降低计算量，提高重建速度。 大多数光学层析图像重建都是基于扩散模型的。然而，当介质中含有空洞状区域时，扩散方程不再成立。对此，根据本文提出的梯度树重建方法，实现了直接基于辐射传输方程的含空洞状区域的图像重建。实验证明，在辐射传输模型下不需要知道空洞状区域的位置、大小等信息即可成功地重建光学层析图像。