生物组织表面时间分辨漫射光中包含有组织体的光学特性信息，通过测量组织表面的漫射光可间接获得组织的光学参数，从而得到与组织光学参数密切相关的组织的结构及生理和病理状态信息。因此，研究组织的光学特性、光在组织中的传播及如何从漫射光中更为准确地提取组织的光学特性参数对于利用光学手段进行医学诊断和治疗具有重大意义。 首先，本论文利用时间分辨Monte Carlo(MC)模拟方法研究了超短脉冲在组织中的传输规律，分别获得一定源探测器距离下半无限大均匀组织表面光分布规律与组织吸收系数μ_a，约化散射系数μ_s~′，各向异性因子g及探测角θ′间的关系，而且还研究了组织表面反射光分布与均匀组织厚度间的关系，并对其进行了较为深入的分析。这对丰富非稳态光在组织中的传输理论有一定的价值。 其次，在MC模拟的基础上探讨了使用“单纯形搜索法”非线性最小二乘拟合算法过程中，拟合起始时间和拟合终止时间、双参数(μ_a、μ_s~′)拟合与三参数(μ_a、μ_s~′、幅度因子A)拟合等因素对拟合精度的影响；比较了使用非全角接收的组织表面漫反射曲线拟合基于全角接收的漫反射理论公式和拟合相同探测角度下的漫反射理论公式两种情况所得的光学参数间的关系；此外，还讨论了不同的非线性最小二乘拟合算法对拟合精度及拟合运算时间的影响。得到对于提高组织光学参数的拟合精度具有一定意义的结论。 最后，在多程测量的基础上，使用单参数(μ_s~′)最小二乘牛顿法拟合方法和双参数(μ_s~′，A或μ_s~′，A′)最小二乘牛顿法拟合方法，得到有限厚均匀组织的反射率分布和透射率分布公式中除去包含测量位置的指数项的其它部分对测量位置皆具有弱依赖性的结论，并对拟合结果进行了分析讨论；而对于有限厚平板状双层组织，可根据对反射测量结果及透射测量结果进行拟合所得的约化散射系数间的差异及常数因子的正负判断双层组织的可能结构分布。