无透镜显微成像(lens-free microscopy)是一种在不借助透镜的情况下进行成像的技术。它基于Gabor同轴全息原理, 利用面阵探测器采集原始全息图, 随后通过数字图像处理技术重建样本, 从而实现数字显微成像。像素超分辨技术缩小了等效像素, 提供更多细节信息使得再现像的分辨率得以直接提升, 而且多种相位恢复手段通过去除孪生像也达到了间接提高分辨率的目的, 尤其是对密集样本。无透镜显微成像技术突破了传统光学显微镜由透镜带来的空间带宽积的限制, 实现了大视野范围下的高分辨率成像, 因此, 这一技术能够提供大视场下的临床样本快速诊断和准确检测。另外, 新兴的算法和硬件都在不断地加快数据采集和计算速度, 扩展了其在高速运动样本和纳米尺度样本上的应用。最近无透镜技术和其配套硬件设备发展方向趋向于硬件紧凑、算法密集、实时、三维、彩色、高分辨率的便携式分立器件或配件。

多光子成像技术是一种层析能力好、信噪比高的新型光学成像技术。在皮肤光学三维检测中, 多光子技术已经应用于无创在体成像, 且已得到产业化开发。本文将首先介绍多光子皮肤检测系统的若干核心技术, 即双光子自发荧光技术、二次谐波成像技术、荧光寿命成像技术、相干反斯托克斯-拉曼成像技术等, 然后简要介绍多光子成像系统在皮肤疾病成像检测上的应用, 最后分析该系统的优势和未来可能的发展趋势。

眼底成像技术可检测临床视网膜组织状态, 其检测结果已成为多种眼底疾病诊断的重要依据。然而, 传统的眼底成像系统需要专业医护人员操作, 且具有体积大、价格昂贵等缺点。随着智能手机的图像采集、存储、数据传输等功能的不断提升, 基于智能手机的眼底成像系统可有效弥补传统眼底成像系统的上述缺陷。在本研究中, 我们设计了照明和成像光路并利用3D打印技术将其小型化, 通过与智能手机相结合实现了对人眼视网膜图像的采集。结果表明, 基于智能手机的眼底相机距离模拟眼的工作距离约为17 mm, 安置于体积仅为88 mm×79 mm×42 mm(长×宽×高)的手机外设配件中。随后, 利用Zemax对系统光学参数进行了进一步优化。经优化后的成像系统, 畸变保持在02%范围内, 场曲小于10 μm。该系统具有便携性良好、无创、价格低廉等优点, 未来可用于多种眼底疾病的社区筛查工作。

随着荧光探针的出现,超分辨成像技术发展迅速,多种不同的超分辨显微技术产生并得到广泛应用。超分辨成像技术的发展为生命科学领域的研究提供了极大便利,也越来越受到研究者的重视。由于传统超分辨显微成像技术在成像速度、观察视野范围、系统成本等方面仍存在一定的限制,新型超分辨显微成像技术的发展让研究人员再次看到超分辨成像领域的曙光。介绍了近年来出现的几种新型超分辨成像技术,包括膨胀样品超分辨技术、表面增强超分辨技术和荧光偏振超分辨技术,旨在总结这些新型超分辨技术的发展,为生命科学领域提供新的技术参考。

相比于传统的光学成像技术, 近年来获得快速发展的新型多光子成像技术具有穿透深度大, 组织光损伤小, 信噪比高, 且可方便进行光学层析成像的特点, 故而被广泛应用于包括脑、肿瘤、胚胎在内的多种活体组织成像中。本综述回顾了新型多光子成像技术的诞生与发展历程, 包括微型化双光子成像技术、双光子内窥技术和三光子成像技术, 概括分析了其基本原理与成像特点, 讨论了这一领域具有代表性的最新研究成果, 重点总结了其在生物学基础研究领域和临床医学诊断中的主要应用, 并展望了其未来的应用与发展前景。可以预见, 随着激光器和光探测技术的不断进步, 多光子成像技术将会得到更大的发展与更加广泛的应用。

皮肤影像学是利用现代成像技术手段对皮肤病进行无创、原位、动态、实时诊断的一门新兴技术学科。在过去十几年里作为医学影像学分支的皮肤影像学取得了长足的进步,包括皮肤镜等多种光学成像技术已经被广泛应用于临床疾病诊断。主要介绍了皮肤镜、皮肤共聚焦、多光子成像、光学相干层析成像以及光声成像等技术在皮肤影像学中的发展和应用。这5种技术能够实现原位、在体、实时的皮肤成像，可对可疑部位进行重复检查，并能不同程度地实现皮下组织的无损成像，为临床诊断提供了客观的评价依据。不断发展的皮肤影像学，与皮肤组织病理学相互促进、相互补充,势必将带动现代皮肤病学的飞跃发展。

针对频域光学相干层析(SD-OCT)系统特有硬件(线阵CCD及分光光栅)参数对成像质量造成的影响, 展开了对基于光纤的频域OCT系统中硬件参量的模拟和优化工作, 分析了分光计中CCD线列阵像素数及数字化深度、CCD安装偏差等因素对OCT成像质量的影响, 并对光谱像素图定位进行了修正。研究表明：纵向分辨率不受CCD线列阵像素数的影响, CCD线列阵像素数的增多将线性地增大最大测量深度; CCD数字化深度小于6bit将直接导致系统纵向分辨率的锐减; 线阵CCD偏离聚焦透镜焦面将导致点扩展函数的强度减弱、系统分辨率降低; 在较小角度内转动CCD, 将使纵向分辨率得到提高; 采用氖灯光谱进行像素图定位校正之后, 可以相应地提高系统分辨率。部分模拟结论得到实验验证。采用此模拟优化结果, 可根据OCT成像的具体要求对系统硬件参量进行优化选择。

作为一种非线性光学成像手段, 多光子激发已经在生物医学影像学域发挥了重要作用。虽然更短的脉冲可以激发更强的非线性效应, 但由于高阶色散的存在, 目前国际上的多光子激发成像工作一直采用大于100 fs的亚皮秒脉冲激发。通过多光子脉冲间干涉相位扫描法, 成功地将10 fs脉冲引入到多光子生物成像领域。通过补偿高阶色散后, 荧光信号得到了显著增强, 探测深度明显增加, 且可使多种染料同时被激发。

光学相干层析成像(OCT)是一种具有高分辨率、非接触、非侵入的成像技术, 它通过测量生物组织的后向散射光的干涉信号, 对生物组织的内部结构进行层析成像。OCT技术作为一种诊断技术被广泛应用于医学领域, 特别是眼科图像诊断。由于频域OCT(FD-OCT)无需进行纵向扫描就可得到全部深度位置的特征信息, 因此成像速度比传统时域OCT(TD-OCT)快, 更适合于眼科应用。构建了一套基于光纤的频域光学相干层析成像系统, 纵向分辨率达到了10 μm, 扫描速度达到了每秒24000次以上。通过调节系统可对眼底视网膜成像, 实现临床诊断。

给出一个单一器件同时具有分波器和大规模分束器功能的实验结果,其设计原理基于塔尔博特自成像效应。以两波长为例,通过改变分数塔尔博特距离和光栅周期等参量,实验上实现了两波长光信号在空间上的交叉分离。