在体光学分子成像技术是一种新兴的医学成像技术,具有高灵敏度、高对比度、无创、低成本等优点,已被广泛应用于肿瘤诊断、疾病早期检测、药物疗效定量评估等方面。目前,在体光学分子成像系统成熟产品不多,且国外的产品占据主要市场份额,因此,研究具有自主知识产权的在体光学分子成像系统十分必要。本文研发了一套小动物在体光学分子断层成像系统(AOIS),可以实现生物自发光和激发光断层成像。本文主要工作如下:(1)设计与搭建AOIS硬件系统,主要包括暗箱、激发光光源、滤光轮、实验台、小动物固定装置、CCD相机及镜头。通过小动物固定装置的旋转,可以实现小动物体表多角度荧光数据的采集。(2)AOIS系统利用CT或MRI结构数据进行多模态成像时,在CT图像预处理中,提出了基于区间扫描的固定管分割算法并结合Otsu算法,可有效去除图像中的床板、固定管及固定管与小动物体表间的空气部分,精确提取小动物的体数据;在MRI图像预处理中,使用Otsu算法及基于区域面积统计的方法,可有效去除图像中的噪声,精确提取小动物的体数据。(3)针对荧光图像中存在亮线区域的问题,本文采用基于海森矩阵的线增强算法对亮线区域进行检测,并提出了基于双向邻域均值的方法对亮线区域进行修复,有效地改善了荧光图像的质量。(4)设计并实现了AOIS软件系统。AOIS软件系统实现了对硬件系统的控制、荧光数据的采集、存储和分析、CT/MRI图像的分割及体网格生成、小动物体内光源重建与融合显示。(5)设计小鼠实验,根据采集的荧光数据对小鼠体内光源进行重建,验证了系统的可靠性与算法的可行性。本文研发的AOIS是基于细胞、分子和基因水平表达的断层成像系统,可以实现在体小动物体内光源的精确定位,是分析和检测生物体内肿瘤的生长和转移、特定基因的表达等生物学过程的重要工具。