乳腺癌是女性群体容易罹患的一种癌症,事业繁忙、生活节奏的不断加快,导致未哺乳率、肥胖率提高,从而使乳腺癌的发病率越来越高。目前,一级预防措施有减少肥胖、减少超重及营养干预。此外,人群筛查也可以将乳腺癌致死的几率降低,提早发现与治疗。目前主要通过钼靶X线摄影、超声及核磁共振等影像学检测方法来对乳腺癌进行筛查,但都存在一定的不足。近红外光谱成像技术具有许多的优点,如对人体无损伤、易于操作、测量速度快、时间分辨率高等,所以近红外光谱成像越来越被广泛地运用于各种研究。本课题主要基于近红外光谱技术,在修正的朗伯—比尔定律(MLBL)的基础上,设计并实现了一套方阵式光源—探测器的乳腺肿瘤成像系统,可以对乳腺肿瘤分层成像,对深度和形态初步定位,为乳腺癌的诊断提供一定的依据;研究了一种基于反射式测量的DOT图像重建算法,实现了仿体模型吸收系数的二维图像重建。本文的研究内容可分为以下几部分。(1)分析近红外光应用于肿瘤检测的基本原理和背景,介绍了近红外光学成像技术的经典拓扑成像法及近红外扩散光层析成像算法,并具体说明基于修正后的朗伯-比尔定律计算人体组织血氧浓度的方法;(2)以STM32F103作为控制核心,设计了光学结构和主控系统,光学结构由三波长发光二极管和光电传感器组成,主控制单元作为整个系统的核心,点亮发光二极管,对数据进行滤波、放大等预处理,再通过AD转换,实现信号的采集、处理及实时传输;(3)设计了硬件的嵌入式程序和数据接收成像的前端程序,嵌入式程序配合硬件设备完成数据的采集和传输。上位机软件由Matlab编写完成,实现数据的进一步处理及实时成像,并设计了友好的用户界面,极大的方便了用户的使用;对扩散光层析成像的算法进行研究,采用一种双网格半三维断层图像重建算法来实现组织体吸收系数的重构;(4)在验证系统稳定性、可靠性的基础上,制作了乳腺肿瘤仿体模型,分别利用基于修正朗伯-比尔定律的二维拓扑成像法和DOT图像重建法进行成像实验,成像结果表明,基于MLBL的成像方法能够实现组织体的断层成像,并且可以粗略得到目标“肿瘤”的尺寸和深度信息;利用DOT图像重建算法对组织体吸收系数进行二维成像时,可以达到90%的量化度,重建误差小于11%,证明了该系统可以实现恶性乳腺肿瘤的初步检测。本装置具有便携性、成本低、无创式等优势,适用于恶性乳腺肿瘤的初步筛查,既可用于医院体检,又能外出对恶性肿瘤易发年龄段的妇女进行早期乳腺癌的大面积普查,因此具有极其重要的社会和科研意义。