近红外光学成像技术是一种近几年发展起来的用于医疗目的的新的成像方式,该成像方式一般利用近红外光作为探测光源,可以用来对生物组织体的光学参数(散射系数和吸收系数)进行成像。由于这些参数与生物组织的结构及功能的变化密切相关,所以它特别适用于对疾病进行早期诊断。由于该技术对生物组织体具有无损伤性及使用的连续性和便携性等优点,在血氧检测、临床基因治疗及小动物成像等方面有着很大的应用潜力。因此近红外光学成像具有很高的研究价值。本文的工作和贡献主要体现在以下几个方面:首先,针对在荧光光学断层图像的重建过程中,特别是当目标介质与参考介质的光学参数间存在较大偏差时,需要反复求解相应于正向和逆向问题的大规模矩阵方程并需要大量的计算开销的实际情况,结合荧光光学断层成像正向问题的并行计算策略,提出了一种基于小波变换的多分辨率图像重建算法。在该算法中,正向和逆向问题均在小波域中进行多分辨率迭代求解。仿真实验结果证明:该算法不仅能显著提高图像重建的速度同时还能改善所成图像的质量。其次,研究了三维近红外光学图像的重建问题。利用有限元法求解正向问题,从扩散方程边值问题入手,以四面体为剖分单元,建立三维空间有限元模型;针对逆向问题求解,给出了一种改进的基于共轭梯度的图像重建算法。为了使算法具有更好的适应性,给出了一种改进的搜索方向的构造方法,并在迭代过程中引入了一维线性搜索以确定步长。在Jacobian矩阵的计算中,给出了一种基于格林函数的间接求解方法,显著地提高了重建的效率。实验结果表明,本文给出的算法在重建精度和重建速度方面具有良好的性能。