近年来,癌症患者发病例数高达392.9万/年,其中死亡率为170.05/10万。静脉注射药物是癌症治疗过程中的重要手段,由于长期的静脉注射治疗,引起患者血管的管腔狭窄、弹性小、血管主干坚硬等问题,导致医护人员静脉穿刺异常困难。尽管国内外学者开展了大量的非接触式静脉成像研究,但是静脉成像系统涉及复杂的光、电、生物交叉耦合,导致患者血管的成像质量不高,人群适应性不强,价格昂贵。为此,本文根据光生物组织成像的基本原理,从近红外静脉成像的光、电、生物等影响因素出发,采用多物理场的有限元仿真方法,静脉成像的建模、仿真与优化,制作了实验原型装置,并进行了理论仿真与实验测试的结果对比,具体内容包括以下四个方面:（1）针对静脉成像的非接触式研究现状,采用文献综述分析方法,梳理了静脉成像的原理和途径,重点分析和总结了光源的波长、形貌和均匀度等性能指标以及光与生物组织相互作用机制,明确了近红外光静脉成像的主要影响因素,制定了研究的目标、内容以及方法;（2）阐述了近红外光静脉成像的原理,讨论了近红外光与生物组织相互作用的吸收、散射和反射等特性,结合手的多层生物组织结构,给出了近红外光在生物组织传播的几何结构、材料属性、物理方程和边界条件,为后续的理论建模和实验验证提供前期准备;（3）提出了手的近红外光静脉成像的有限元建模原理和方法,根据手的核磁共振图像的生理结构和光子的辐射传输方程,借助COMSOL Multiphysics有限元软件,构建了手部的近红外光传输模型,与现有的蒙特卡罗仿真进行了模型有效性验证,进一步,基于验证的模型,对近红外光静脉成像的光源波长、形状和位置等因素进行了灵敏度分析,给出了最优参数,为系统搭建提供理论指导;（4）结合上述理论研究,搭建了静脉成像的实物装置,包括近红外光源和成像检测两个主要部分,其中重点对近红外光LED阵列的驱动电路和光的均匀性及其CCD测量光路进行了设计,并结合MATLAB图形用户界面编程等手段,集成静脉图像的采集和处理,给出了实验测试结果。本论文利用光的辐射传输理论对静脉组织的近红外成像进行了理论和实验研究,给出了有限元仿真模型,搭建了静脉成像系统,获得了静脉成像图像,为医护人员的静脉穿刺提供了一种新手段。