浅静脉清晰成像对于透析患者动静脉内瘘术前手术路径规划和术中引导手术治疗等具有重要作用，对临床疾病的诊断和治疗具有重要作用。目前临床上常用的血管成像方法能够清晰地实现血管的成像，但对静脉血管网的成像效果难以满足临床需求。笔者利用临床获批的荧光染料吲哚菁绿（ICG）开展了前臂血管的近红外二区（NIR-II）荧光成像，结合人工智能算法获得分辨率更高的血管NIR-IIb荧光图像，更准确地描绘浅表细小血管的直径。在此基础上，笔者继续结合Fluent流体仿真模拟方法，辅助医生在术前判断主干引流静脉，并在术中结扎中选择主干引流静脉进行保留，对大侧枝引流静脉进行结扎，提高患者肾透析血液通路手术的成功率。利用荧光血管造影技术结合模拟方法引导肾透析血液通路手术将桡动脉接入头静脉，手术的早期通畅率为100%（8/8），而接受常规手术的对照组的早期通畅率为73.33%（11/15）。本研究验证了NIR-II荧光血管造影技术的安全性和有效性，并在此基础上进一步验证了荧光成像结合人工智能算法在肾透析血液通路手术中潜在的应用价值。

等离子体发射光谱是研究托卡马克等离子体物理过程的重要诊断手段之一。边界等离子体中存在着复杂的原子分子物理过程, 部分较弱的粒子光谱信号混杂着大量噪声, 能否有效去除噪声、提高信号质量对后续利用其分析理解实验中相关物理过程具有重要意义。以仿真信号和真实托卡马克实验中钨原子光谱数据作为研究对象, 采用信噪比(SNR) 和均方根误差(RMSE) 作为滤波效果的评价依据, 对小波阈值去噪处理方法的去噪效果进行了研究。仿真实验对比分析表明: 选取 sym8 小波基、4 层小波分解、启发式阈值计算以及渐进半软阈值函数进行小波去噪时, 可获得最大信噪比 19.2166，最小均方根误差 0.0290。进而将这些最佳匹配参数应用于实测偏滤器钨原子光谱信号处理中, 也取得较好的去噪效果。结果表明: 小波阈值去噪能够有效地消除偏滤器钨原子光谱信号中的噪声, 同时较好地保留有用信号, 避免信号失真, 显著提高了信号质量。

为了研究液体中重金属元素的双脉冲激光诱导击穿光谱,通过双脉 冲激光诱导击穿光谱(Double pulse laser induced breakdown spectroscopy, DP-LIBS)技术, 对竖直流动的CuSO4 水溶液样品中Cu元素激光诱导击穿光谱的特性进行测量和分析。 实验中使用两台532 nm Nd:YAG激光器作为激发光源,等离子体信号通过光栅光谱仪和CCD进行采集。实验考察了DP-LIBS积分延时、 激光脉冲间隔等参数对LIBS信号的影响。研究结果表明Cu元素双脉冲激发时的等离子体特征谱线发射强度 是单脉冲激发时特征谱线发射强度的2倍左右,信噪比约为3.3倍,当两束激光脉冲间隔2～3μs时, 谱线发射强度有最大增强,最后由定标曲线拟合结果得到Cu元素在双脉冲检测限为9.87 mg/L,比单脉 冲LIBS提高了约6倍,实验结果为双脉冲LIBS技术应用于水体中重金属快速检测提供了依据。

等离子体温度和电子数密度是激光诱导击穿光谱(LIBS)测量中的重要因素。采用两台532 nm NdYAG脉冲激光器作为光源击穿CaCl2样品溶液液体射流形成等离子体，得到了300~450 nm波段的发射光谱图，定性分析了Ca II离子发射谱线。实验中假设等离子体处于局部热平衡状态，根据LIBS公式，利用Ca的6条一价离子谱线的相对强度，通过Boltzmann斜线法得到了液体双脉冲LIBS等离子体温度约104 K，其等离子体电子温度和单脉冲LIBS相比要高，但和固体双脉冲LIBS相比略低。通过拟合Ca II 393.366 nm离子线得到等离子体电子数密度约为1017 cm-3，并由实验结果讨论了等离子体温度和电子数密度随延时时间、脉冲间隔的变化规律，也证明了双脉冲LIBS较单脉冲LIBS更有优势。最后基于实验计算结果证明本实验的Ca等离子体满足局部热力学平衡。

在液体射流条件下，研究了Ca元素的双脉冲激光的激光诱导击穿光谱(LIBS)，实验考察了积分延时、激光脉冲间隔等参数对Ca等离子体发射强度的影响。发现双脉冲激光作用时，Ca元素的等离子体发射强度明显增强，激光脉冲间隔对等离子体发射谱线强度影响很大，间隔为0.4 μs左右的双脉冲激光作用可以使Ca等离子体发射谱线强度达到最大，并且此时的等离子体发射时间明显增长，通过优化实验参数后对不同浓度下LIBS信号的探测分析，发现相比单脉冲激光作用时，间隔为0.4 μs的双脉冲激光作用使Ca元素检测灵敏度提高了约5倍，实验所得结果为双脉冲LIBS技术对于液体中金属元素含量检测提供了依据。

以太阳光为辐射源的近红外波段高分辨率吸收光谱广泛应用于大气参数遥测。 以CO2浓度反演为例, 研究了太阳光谱分辨率的影响。 利用美国AER公司编制的太阳光谱计算程序得到大气上界的理论计算太阳光谱作为辐射源, 结合自行编制的高分辨率大气透过率模拟软件HRATS对大气中CO2平均浓度进行模拟反演。 数值模拟计算结果表明, 太阳光谱的准确度对浓度反演非常重要, 特别是在超分辨光谱反演中异常重要, 虽然反演浓度的偏差与观测分辨率没有明显的线性变化规律, 但有趋势: 观测分辨率的降低对太阳光谱分辨率的要求也降低, 为了精确反演大气中CO2浓度, 因此需要充分利用大气层顶的高分辨太阳辐射光谱数据。

为了解决数字全息实时再现和CCD采集的问题，在现有的条件下，采用组件对象模型技术，将VB与MATLAB结合开发出相关软件，有效地解决了数字全息实时再现的难题，并通过多次实验，证实了该软件具有较高的可靠性和应用性。结果表明，该软件的设计完成将对数字全息工作提供帮助。

为了达到将MATLAB数据图像计算能力强大的特点与VB(Visual Basic)编程软件简单方便、界面可视的特点相结合的目的，采用组件对象模型(component object model，COM)技术在VB中调用MATLAB生成动态链接库的方法,将COM组件技术应用于数字全息中研究水中物体运动。结果表明，两者的结合可以减少设计编程时间，使得参量修改方便且可移植性强，从而可提高全息图像后续处理的效率和效果，具有一定的应用价值。以数字全息测量液体中蔗糖颗粒的运动为例，将混合编程处理结果与理论分析进行了对比，验证了该方法的可行性和准确性，具有一定的理论价值。

Monte Carlo (MC) method is a statistical method for simulating photon propagation in media in the optical molecular imaging field. However, obtaining an accurate result using the method is quite time-consuming, especially because the boundary of the media is complex. A voxel classification method is proposed to reduce the computation cost. All the voxels generated by dividing the media are classified into three types (outside, boundary, and inside) according to the position of the voxel. The classified information is used to determine the relative position of the photon and the intersection between photon path and media boundary in the MC method. The influencing factors and effectiveness of the proposed method are analyzed and validated by simulation experiments.

空间外差光谱 (Spatial heterodyne spectroscopy, SHS) 技术是一种新型的光谱分析技术。 基于空间外差光谱仪的基本原理和特点,研究了实际测量中 干涉仪两光臂不平衡造成的畸变干涉图的修正方法,模拟计算了干涉仪两光臂不平衡时干涉图的强度变化, 并对其进行了模拟修正,修正后的干涉图与理想的SHS干涉图一致性较好。修正方法主要是测量干涉图的非调制 项(即未发生干涉时单个光臂的光强), 以及在干涉图数据处理中引入一个修正因子。通过对干涉仪两臂不 平衡的修正,可以有效地提高干涉图反演光谱的精度。