切伦科夫荧光成像(Cerenkov luminescence imaging,CLI)能够使用光学成像仪器实现医用同位素的放射性衰变信号的可视化,这一特性吸引了人们越来越多的关注。但是切伦科夫成像存在着信号微弱、组织穿透性差、靶向性差等缺陷,严重的限制了该技术的应用和发展。基于这一情况,本文提出了辐射发光成像这一新型成像方式。辐射发光成像是以放射性核素衰变产生的高能粒子(α,β,γ等)激发辐射发光材料从而发射出荧光信号来进行成像的一种新技术,与切伦科夫成像相比有两个大的优势:一、辐射荧光比契伦科夫荧光信号强1~2数量级;二、辐射发光材料可以被修饰成具有靶向性的探针来实现特定疾病的分子靶向成像。本文基于小动物模型开展了在体辐射发光成像方法研究,主要内容包括以下三点:(1)介绍了辐射发光成像的原理和去除噪声方法,搭建了辐射发光成像系统,并进行了系统性能验证。(2)开展了二维辐射发光成像研究。使用辐射发光材料Gd2O2S:Tb进行二维辐射发光成像研究,成功得到了二维融合辐射发光图像,与PET-CT三维重建图像进行对比发现,辐射发光成像可以准确获得辐射发光材料的分布,验证了辐射发光成像的可行性。(3)开展了辐射发光断层成像研究。使用辐射发光材料Gd2O2S:Tb在仿体模型和小鼠模型上进行了辐射发光断层成像研究,结合光学断层成像理论成功获得了辐射发光材料的三维空间分布。通过将辐射发光断层成像结果和CT影像在二维截面和三维体数据上的融合,验证了辐射发光断层成像能够精确重建出深部组织内辐射发光材料的三维空间分布。在本文中,我们成功的得到了小动物在体辐射发光成像的二维平面融合图像,并结合光学断层重建技术得到了三维可视化图像,成功的实现了辐射发光断层成像。这充分的说明了辐射发光断层成像的可行性与可靠性,同时将辐射发光成像从二维平面成像推广到三维空间成像,这有助于深部组织定位和定量成像,同时也大大的推进了辐射发光成像研究的进程,为未来辐射发光技术的深入研究和应用提供了扎实的基础。