高光谱成像方法可同时获取在体组织的二维图像与光谱信息,具有空间与光谱分辨率高、成像范围大、无损快速等优点,为在体诊断提供了丰富的信息。近年来,研究人员在成像方法、仪器与应用方面进行了大量研究,取得了长足进展。本文综述了高光谱在体组织成像方法及应用研究的主要进展,探讨高光谱成像分光方法、系统组成与特点。从光谱重构方法、组织光学参数测量、基于深度学习的图像处理方法等方面,介绍在体组织成像与成分检测方法的研究进展。同时,对高光谱成像在临床医学,如皮肤创伤与愈合过程检测,糖尿病足与视网膜疾病诊断,手术中检测及微循环功能评估等方面的应用进展进行了总结。

黄曲霉毒素是一种毒性极强的生物毒素，广泛存在于各种农产品与食品中，对公众健康危害极大。提出了一种基于光激化学发光均相免疫检测技术的黄曲毒素B1检测方法，利用生物素亲和及抗原与抗体免疫反应，形成受体微球-AFB1-BSA完全抗原-AFB1单抗体-供体微球的聚合体系，在激发光作用下产生化学发光反应，根据化学发光值可定量分析样品中黄曲霉毒素浓度。通过分析并优化反应条件，包括各种反应物浓度、反应体系体积、反应温度与时间等，可实现最低检测限0.048ng/mL、最低定量限0.22ng/mL、批内与批间变异系数均小于10%、植物油样品中AFB1的加标回收率在87~105%之间。方法灵敏度高、特异性强、免清洗、检测速度快，在真菌毒素现场快速检测领域具有广阔的应用前景。

激光散斑衬比血流成像技术是在动态光散射理论及近似模型的基础上，通过分析散斑强度空间或时间起伏特性，实现活体组织中血流成像的技术。该技术具有成像面积大、速度快、分辨率高等优点，在生物医学成像研究及临床诊断中应用广泛。研究人员针对激光散斑成像技术的理论模型、成像方法与应用进行了大量研究。综述了近年来激光散斑成像方法及应用方面的主要进展，并针对提高激光散斑衬比成像分辨率、对比度、成像深度和定量能力进行了讨论。同时对该方法在眼科、微循环、脑科学、皮肤科及术中监测等各领域的应用进行了总结。

Previous results show that the floating reference theory (FRT) is an effective tool to reduce the influence of interference factors on noninvasive blood glucose sensing by near-infrared spectros-copy (NIRS). It is the key to measure the floating reference point (FRP) precisely for the application of FRT. Monte Carlo (MC) simulation has been introduced to quantitatively in-vestigate the effects of positioning errors and light source drifts on measuring FRP. In this article, thinning and calculating method (TCM) is proposed to quantify the positioning error. Mean-while, the normalization process (NP) is developed to significantly reduce the error induced by light source drift. The results according to TCM show that 7 m deviations in positioning can generate about 10.63% relative error in FRP. It is more noticeable that 1% fluctuation in light source intensity may lead to 12.21% relative errors. Gratifyingly, the proposed NP model can effectively reduce the error caused by light source drift. Therefore, the measurement system for FRPs must meet that the positioning error is less than 7 m, and the light source drift is kept within 1%. Furthermore, an improvement for measurement system is proposed in order to take advantage of the NP model.

利用单波长激光通过扬尘空间发生散射消光衰减的特性, 设计了开放光程的颗粒物浓度检测方法及系统。该方法利用双峰正态分布模型模拟颗粒物粒径分布, 实时计算一定空间范围内的扬尘颗粒物浓度, 具有响应速度快、测量动态范围宽的优点, 适合浓度高、变化快、空间范围大的扬尘颗粒物浓度测量。通过水溶胶模拟实验与烟尘实验验证了该方法的可行性。实验数据表明, 系统量程可达0~400mg/m3, 分辨率为0.05mg/m3, 响应时间小于1 s。

近红外光在脂肪乳和葡萄糖混合溶液介质中传播, 在介质表面形成漫反射光, 稳态情况下, 检测位置处检测的漫反射光包含了全部的弹道光、蛇行光与漫散射光, 其中部分弹道光和漫散射光降低了葡萄糖浓度的检测精度。通过蒙特卡洛模拟方法分别对10%和3% 的intralipid-葡萄糖溶液进行时域模拟, 分析统计不同检测位置漫反射光的不同光程组成, 对时间扩展曲线的峰值时间与平均飞行时间范围内的漫反射光子进行检测能够提高浮动基准位置即漫反射光强度对葡萄糖浓度最不灵敏的检测位置的检测精度, 同时, 这部分光子在漫反射光强的极大值处提高了漫反射光强与葡萄糖浓度的线性相关系数, 抽取这部分光程的漫反射光在极大值位置提升了对葡萄糖浓度的检测灵敏度。

提出了基于浮动基准位置的参考测量方法，有望实现血糖浓度的在体相对测量。基于定态漫射方程在半无限介质中的解析解，分析了浮动基准位置满足的函数关系式；基于Monte Carlo模拟方法，考察了三层皮肤模型在1000~1400 nm波段内浮动基准位置的分布情况，同时分析了吸收系数和散射系数、表皮层和真皮层厚度对浮动基准位置的影响；搭建了基于超辐射发光二极管光源的多环光纤束检测系统，初步验证了浮动基准位置在人体中的存在性。模拟结果表明，三层皮肤模型在1000~1400 nm波段内存在浮动基准位置且具有波长特性，散射系数变化对基准位置的影响大于吸收系数，表皮层厚度差异的影响大于真皮层。三位志愿者的在体实验表明，人体手掌在1050、1219、1314 nm处均存在浮动基准位置，位于径向检测距离1.25~1.75 mm之间，实验结果小于模拟结果，最大偏差达0.75 mm。该结果对指导浮动基准测量光纤探头的设计具有一定参考价值。

为了改善近红外(NIR)光谱测量精度，提出了以中等浓度样品作为参考物的测量方案。从理论上分析了扣除参考背景后吸光度的误差来源，发现以中等浓度样品作为参考物有可能减小样品池和光纤损耗导致的测量误差。以葡萄糖为分析对象，开展了葡萄糖水溶液和3% Intralipid 仿体溶液的近红外透射验证实验。在糖水溶液的双光路实验中，以中等糖浓度样品作为参考物建立的偏最小二乘(PLS)模型的校正均方根误差(f_RMSEC)和交互验证均方根误差(f_RMSECV)比纯水背景分别下降了36.6%和41.0%；而仿体实验中，以中等糖浓度样品作为参考物时，模型的校正均方根误差和交互验证均方根误差比无糖3% Intralipid 溶液作为参考物时分别下降了66.3%和39.6%。实验结果表明以中等浓度样品作为参考物能有效提高近红外透射光谱的分析精度。

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术具有很高的选择性和灵敏度，能够实现污染区域环境中痕量氨气(NH₃)的在线检测。影响TDLAS 系统测量精度的因素有很多，温度和压力是最基本的两个影响条件。首先介绍了TDLAS 原理和实验系统，然后研究了温度变化对检测结果的影响，温度在-10℃~50℃之间，使用空芯波导(Hollow Waveguide, HWG)气体池对浓度为50 ppm 的NH₃ 进行检测，得到其二次谐波光谱图，从图中可以得出在该温度范围内，NH₃ 二次谐波信号幅度随温度升高而减小。温度不变，气体池内压力从0 kPa 变化到100 kPa 时，二次谐波信号的幅度随着压力增加而减小。根据实验结果，给出了该系统的温度压力修正公式。修正后，50 ppm 的NH3在不同温度下的最大检测相对误差为-5.5%。对30 ppm 的NH₃ 长时间监测结果表明，修正后系统能够适应现场监测需求。

Noninvasive detection of body composition plays a significant role in the improvement of life quality and reduction in complications of the patients, and the near-infrared (NIR) spectroscopy, with the advantages of painlessness and convenience, is considered as the most promising tool for the online noninvasive monitoring of body composition. However, quite different from other fields of online detection using NIR spectroscopy, such as food safety and environment monitoring, noninvasive detection of body composition demands higher precision of the instruments as well as more rigorousness of measurement conditions. Therefore, new challenges emerge when NIR spectroscopy is applied to the noninvasive detection of body composition, which, in this paper, are first concluded from the aspects of measurement methods, measurement conditions, instrument precision, multicomponent influence, individual difference and novel weak-signal extraction method based on our previous research in the cutting-edge field of NIR noninvasive blood glucose detection. Moreover, novel ideas and approaches of our group to solve these problems are introduced, which may provide evidence for the future development of noninvasive blood glucose detection, and further contribute to the noninvasive detection of other body compositions using NIR spectroscopy.