脑功能成像可以对大脑神经活动进行空间定位和跟踪,从而准确探测大脑结构病变或特定范式刺激下产生的微小功能变化,因此在神经系统疾病诊断和认知神经科学等方面具有重要的临床应用价值。功能性核磁共振成像、脑磁图和脑电图等传统脑功能成像方式具有精度高的优势,但其效能受到检测环境、受试者以及应用成本等诸多限制。相比之下,功能性近红外光谱（functional near infrared spectroscopy,fNIRS）则是一种非电离的光学成像方法,其具有优良的环境鲁棒性、直接生理相关性和潜在的便携穿戴性。近些年,国内外多个团队采用fNIRS系统进行了脑功能成像研究。但部分系统体积大、重量大,不具备便携性,同时多数系统使用模拟方式的普通光电二极管作为光电探测器,其灵敏度低,对大脑内血红蛋白浓度的微弱变化不够敏感。因此,为进一步满足脑功能检测所要求的便携性和灵敏度,本文发展了一套基于锁相光子计数技术的便携式fNIRS脑功能成像系统,该系统将锁相检测技术的多通道并行测量能力和光子计数技术的高灵敏度特性相结合,可以实现人体无束缚大脑微弱兴奋信号的高灵敏度测量。基于以上系统,本文开展了一系列实验来验证系统的可靠性。首先,本文开展了系统性能评估实验,证明系统具有良好的稳定性、线性度和抗串扰能力。其次,本文开展了静态和动态仿体实验,并基于扩散光层析成像（diffuse optical tomography,DOT）技术进行结果分析,证明系统具有高灵敏度和适中的时间分辨率,具备追踪血氧动态变化的能力。再次,本文开展了在体屏气和步行-思维范式实验,结果表明系统可在不束缚受试者活动的情况下追踪到屏气刺激中全局兴奋和步行-思维刺激中局部兴奋的血液动力学响应。最终,本文进行步行-思维刺激下测量结果的DOT成像,结果显示该刺激下兴奋区域大致位于前额叶中央的两侧。