肿瘤尚未成形之时,组织器官已经出现代谢功能异常的状况,呈现出局部组织血流增大和血氧偏低的状态。近红外漫射光技术是一种根据逸出光子携带的信息反演组织内部的血流、血氧状态,推测组织的功能代谢状况,并预测组织病变趋势的无创技术。与CT、MRI等形态学影像相比,漫射光相关层析成像技术（Diffuse Correlation Tomography,DCT）可以更早地发现组织血流动力学功能的改变,对预测肿瘤的产生和发展具有重要的临床意义。作为新兴的功能影像技术,DCT吸引了美国、德国、西班牙和新加坡等多个国家的多家研究构对其进行研发,其中以哈佛大学麻省总医院、宾夕法尼亚大学和肯塔基大学为代表提出的解析方法和有限元方法应用较多。解析方法需要假设组织为规则层状结构,有限元法克服了这一缺点,但还是无法充分利用采集的自相关数据,易受噪声影响而产生较大的成像误差。为适应任何不规则形态组织,并充分利用自相关数据,本文以新提出的N阶线性算法（NthL算法）为基础,对DCT硬件设备、成像算法、数据校正与校准和临床应用进行了深入研究与分析,主要工作如下:（1）本文提出的NthL算法是独立于解析法和有限元法的新算法,它以扩散方程为基础,借助蒙特卡罗仿真给出逸出光子路径和权重,利用自相关函数的泰勒级数展开式获得其斜率并作为投影数据参与逆运算,最终将复杂的非线性问题转化为线性方程组求解问题。其独特优势在于:避免了复杂的微分方程求解;可以实现任意形态结构的组织血流成像;还可以根据噪声水平自主选取自相关函数曲线上的多延时数据范围,有效降低噪声干扰;（2）从N阶线性算法中获取的线性方程组呈严重病态性,为优化解向量,并增加其稳定性,本文将TV稀疏模型作为正则化因子嵌入分裂的Bregman重建算法中形成了Bregman-TV重建算法。通过计算机仿真、仿体实验和临床试验,验证该算法可以较好地保证重建图像的连续性和边缘锐度;（3）为降低NthL-DCT的设备成本,同时增大光源和探测（S-D）传感阵列规模,设计的光开关阵列以时分复用的方式将一组S-D传感阵列复用为多组S-D传感阵列;同时以最大化探测面积和深度且保证体素光子密度的均衡性为目标,设计了S-D传感阵列在多种组织模型上的分布模式,完成了首台较大ROI（Region of Interest）接触型DCT的系统设计;（4）为了验证NthL-DCT技术对血流指数（BFI）变化的敏感性,同时模拟临床试验场景,设计了光学参数相同,但异质物形态结构各异、流速可控的仿体实验模型;并在重建过程中根据数据特点确定了NthL-DCT数据筛选、校正和校准方法,克服了仿体实验和临床试验中环境光、震动等噪声的影响;（5）由于临床上无法预先获得待测组织的光学参数,因此本文先推导了光学参数与BFI的数学关系,后经仿体实验验证,认为临床上预设的光学参数,即使是对BFI产生较大负相关影响的约化散射系数,对重建图像对比度的影响并不明显,即对病变组织的诊断误差无显著性影响。最后经动物和人体临床测试,证明以NthL算法为基础的新的DCT设备与方法,对血流变化比较敏感,与MRI检测结果的相似度高达68%,因此可以作为一种低成本、便携、无创的新技术,实现对乳腺疾病、脑部疾病（脑肿瘤、脑卒中和呼吸睡眠综合症等）和骨骼肌等病变进行诊断。