对于生物医学光子学领域中的新技术 扩散光子密度波技术进行了理论上的研究与扩展，给出了长为a，宽为b，高为无限大的矩形边界条件下光子密度波扩散方程的二阶微扰解析解。由于实际测到的物理量多为光通量，演算出了与入射面相对应面处的光子通量和介质中的吸收系数改变量之间的关系。并利用人体前臂肌肉组织的典型光学参数，给出了二阶微扰解的模拟计算结果，并与一阶微扰计算结果进行了比较。结果表明，二阶微扰解比原有的一阶微扰解在计算精度上有一定的提高，尤其是在异常体附近精度更是有较大的提高。所得二阶结果不仅为利用扩散方程进行生物组织成像问题提供了更加精确的理论基础，而且对于图像质量尤其是分辨异物的能力的提高具有促进作用。

通过精确测量光子密度波的相位延迟和幅度衰减,借助于一个光学参数已知的校准模型,可以定量检测组织的光学吸收参数和约化散射系数.通过测量多个波长下组织的吸收系数,就可以进一步求解出人体局部组织的血氧饱和度.血液-酵母溶液仿真模型和前臂动脉阻断实验的结果都表明该三波长的频域近红外光谱系统可以实时定量地检测组织氧饱和度的动态变化情况.

运用矩阵变换方法对已有的无限长矩形条件下的扩散方程的解析解进行了化简,大大提高了计算机模拟的速度.利用给定的人体前臂组织的典型光学参数,给出了扩散方程解析解的模拟计算结果.分析了介质的基本光学特性参数对漫射光子密度的影响,在验证已有的理论基础上,发现该模型下的解析解不适用于漫射系数D较大的情况.

用解析模型详细、深入的分析了更接近实际的非理想情况下新的幅度相消定位方案(互换式幅度相消定位)的性能:分析了探测系统的分辨率和灵敏度有限及非完全交换时交换式幅度相消定位方案的定位性能;讨论了非完全交换时系统参量和异质子参量对其定位能力的影响。结果表明:新方法可减小相对幅度和相位及异质子参量对系统的影响,明显地提高定位精度,探测到尺度和吸收系数更小、深度更深的异质子。

用扩散近似的解析模型分析了幅度相消相位调制系统对组织中微小异质子实现定位的原理;详细讨论了相对幅度、相对相位、异质子的大小和吸收系数对系统定位精度的影响.提出了一种与相对幅度和相位无关的定位方法并从理论上解释了这种方法的原理和可行性.