荧光分子断层成像(FMT)能够在细胞及分子水平上计算出生物体内部荧光光源的三维空间分布,在肿瘤早期检测、抗癌治疗效果评估以及药物研发等方面具有非常广阔的应用前景。然而由于生物组织是一种具有强散射性的混沌介质,而且在实际过程中采集到的表面荧光测量值不充足,导致FMT重建具有高度的不适定性。通过准确刻画目标可行区域减少未知量个数,能有效缓解重建问题的病态性。本文借助三支决策及其扩展模型,结合典型正则化方法进行荧光目标的多级重建。全文工作主要围绕基于三支决策及其扩展模型的荧光分子断层成像展开,具体研究内容如下。(1)基于三支决策理论的荧光分子断层成像。FMT是典型的逆问题求解,具有严重的病态性。为了缓解问题病态性,本文提出一种基于三支决策理论的重建框架。将传统方法获得的重建结果作为论域,利用三支决策思想,确定一组阈值α和β(0≤α＜β＜1)获得正域、边界区域和负域。将正域和边界域合并为目标可行区,在可行区内再用传统方法重建,将可行区上的重建结果再用三支决策,获得的正域即为最终结果。在这里,三支决策用了两次,第一次用于提供目标可行区,第二次用于提取目标,去除背景。圆柱体仿真实验和真实小鼠实验均表明所提方法能够提高重建精度。(2)基于三支决策扩展模型的荧光分子断层成像。为了进一步提高三支决策提取的可行域的准确度,兼顾考虑不同重建方法的优点,本文提出一种基于三支决策扩展模型的荧光分子断层成像。采用两种重建方法求解逆问题,获得相应的重建结果,将其看作两个论域,在两个论域上分别使用三支决策提取各自的目标可行区。将得到的两组可行域做“并”运算,获得的区间作为最终的目标可行区,然后使用传统方法在此区域上进行第二次重建。该方法综合考虑不同算法的优点,进一步确保所划定范围完全包含荧光目标。各组实验的量化分析结果均表明该方法具备可行性和稳定性,能够更加准确地获取荧光目标位置与浓度分布信息。