光谱成像技术能够同时获取在体组织的结构与谱域信息,具有分辨率高、成像范围广以及信息丰富等优势,在生物医学领域应用广泛。在在体组织检测及成像中,结构紧凑、成像速度快、低成本的成像系统是扩展光谱成像技术应用的关键。本文搭建了基于窄带滤光片以及光谱重构方法的多光谱成像系统,并通过蒙特卡洛模拟、仿体实验以及在体组织实验对其可行性和有效性进行了综合研究。首先,介绍了多光谱成像技术的成像原理,选取特定的窄带滤光片作为分光元件,搭建了一套多光谱成像系统,并对系统光路和控制软件进行优化,实现了不同光谱通道成像的匹配。进一步对测量系统的精确度及稳定性进行了评价,确定了成像系统的最佳条件。此外,提出了一种基于维纳估计对多光谱图像进行重构的方法,能够从离散、有限波长的窄带波段数据重构出全谱段的高维数据。其次,在蒙特卡洛方法基础上,研究了正向查找表模型与非线性优化方法相结合的组织光学参数反构方法。配置了含有3种不同浓度Evens Blue的仿体组织,利用本文所搭建的成像系统获取仿体的多光谱图像,并结合基于维纳估计的光谱重构算法,得到全谱段的漫反射率;结合仿体的光学特性建立正向模型,采用多元无约束非线性优化方法对仿体进行了组织光学参数重构。结果表明,500-700nm波长下,吸收系数的反构值与测量值间的平均均方根误差为5.56%,约化散射系数的反构值与测量值间的均方根误差为2.55%,验证了该系统及反构算法的准确性。最后,研究了基于多光谱成像的在体血氧饱和度检测方法。利用搭建的成像系统获取小鼠耳部区域的多光谱图像,结合维纳估计和光谱二阶导数方法,反构得到小鼠耳部血管区域的平均血氧饱和度为90%±2%,非血管区域的血氧饱和度为64%±4%。在此基础上,针对在体血氧检测的需要,根据人体皮肤结构、成分及光学特性,建立了基于血氧变化的组织正向模型。分别利用非线性最优化与光谱二阶导数方法计算在体组织的血氧饱和度,实验结果表明,两种方法反构得到的血氧水平变化量分别为16.58%和10.41%。该结果与指尖血氧饱和度传感器的测量结果变化趋势一致,验证了多光谱成像系统在组织特性检测中的准确性。