乳腺癌手术中常因缺乏快速准确的组织性质检测手段而导致组织过度切除或手术时间延长。利用组织自体光谱的检测手段因具有速度快、灵敏度高、选择性强以及无创性等优势而受到越来越多的关注。因此，针对乳腺癌寻求高效精准的光谱诊断特征并研究其内在根源具有重要意义。笔者以355 nm亚纳秒序列脉冲激光作为激发光源，采用自主搭建的激光诱导稳态荧光光谱系统对多例乳腺恶性肿瘤组织和正常乳腺组织开展自体荧光光谱实验研究。对两类组织样本的光谱特征进行比较分析，提出了基于430 nm附近光谱特征差异的特异性甄别方法，并比较了三种荧光比值法的甄别效果。进一步的光谱拟合分析揭示了实验测得的乳腺组织自体荧光主要来自4种内源性荧光物质的贡献，而癌变组织的光谱特征变化主要源于还原型辅酶Ⅰ（NADH）的增加以及NADH结合性蛋白的减少。本文提出的乳腺癌变光谱甄别方法特异性显著，生物学根源清晰，能够为临床快速检测应用提供新的技术方法参考，尤其是能为保乳手术中的切缘快速检测提供崭新的视角。

基于近红外自体荧光技术，设计一种甲状旁腺快速识别系统，该系统对术中快速识别甲状旁腺具有重要价值。设计一种环形可调激发光源和高精度可调LED恒流源，利用近红外光源激发组织荧光同时通过高灵敏度CMOS相机采集组织自体荧光信息，并对采集的荧光图像进行图像处理，从而准确识别甲状旁腺。利用梯度浓度吲哚菁绿（ICG）溶液模拟组织荧光，实验测得荧光强度与ICG浓度成正相关，信噪比与信背比均符合术中辨别需求，验证了本系统应用于不同荧光强度时的灵敏性与准确性。采用本系统对组织仿体进行测试，荧光仿体能够与背景明显区分开。对甲状旁腺及周边组织进行测试，甲状旁腺呈绿色，与周边组织明显区分，初步验证了本系统可用于对甲状旁腺的识别检测。

黏膜组织病变的早期诊断和治疗是遏制黏膜组织癌变的有效手段。利用光谱检测技术，以实时、在体、无创的方式检测黏膜组织细胞的形态变化引起的光学特性改变，通过合理算法进行客观分析，可实现低成本大规模黏膜组织病变的筛查。为了提高面向黏膜组织病变诊断的光谱检测系统的灵敏度和特异性，开发了一套亚扩散域漫反射与荧光联合光谱测量系统，实现对不同深度黏膜组织的漫反射光谱和自体荧光光谱的高效采集，进而通过对光谱信息进行特征抽取，实现黏膜组织病变的快速筛查和恶性肿瘤等级的实时诊断。为了评估所开发系统的性能，开展了仿体实验、离体组织实验和在体实验：仿体实验证明了系统具有良好的测量稳定性；离体组织实验证明了该系统对离体组织具有优异的分类能力(不同类型组织的分类精度>98%，同类组织不同部位的分类精度>74%)；在体实验初步验证了该系统在黏膜组织诊断和分类领域中的应用潜力。

牙菌斑是牙齿表面一层难以观测的生物膜, 是导致龋齿、牙龈炎等一系列疾病的直接诱因。牙菌斑的早期定量化无损检测具有重要的临床意义。短波长光激发下, 牙菌斑的细菌及其代谢产物可以产生自体荧光。基于前期成像系统的基础上, 采集大量牙菌斑在405nm蓝光激发下产生的红色荧光; 牙菌斑越成熟红色荧光强度越高; 采用改进的U-net网络对该红色荧光进行分割, 对分割出来的牙菌斑进行轮廓提取获得质心, 并利用区域生长算法分割出牙菌斑所附着的牙齿, 综合牙菌斑成熟程度及面积来评估牙菌斑指数。结果表明改进的U-net网络分割精度优于传统方法。将牙菌斑的面积和成熟程度结合对牙菌斑进行量化, 一定程度上可以消除人为诊断的差异性。

The endogenous fluorophores such as reduced nicotinamide adenine dinucleotide (phosphate) (NAD(P)H) and flavin adenine dinucleotide (FAD) in cells and tissues can be imaged by fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) to show the tissue morphology features, as well as the biomolecular changes in microenvironment. The two important coenzymes in cellular metabolism, NAD(P)H and FAD, can be used to monitor the cellular metabolic status. This work proposed a novel method to study the uterine metabolism at the adjacent site of healthy cervix. It was found that the benign uterine tumors such as leiomyomas and adenomyosis with abnormal cell growth can be detected by measuring the fluorescence lifetime of NAD(P)H and FAD in adjacent healthy cervical tissues. This method opened a novel strategy for afflicted women to undergo the cervical biopsies instead of hysterectomies for detecting tumors, which can preserve the fertility of patients. The FLIM studying on NAD(P)H and FAD indicated the correlation between metabolism and some diseases, including diabetes, hyperthyroidism and obesity. It was also suggested that the metabolic level might be quite different for a patient with a malignant tumor history.

Digestive tract tumors account for 15% and 19.3% of the cancer incidence and deaths, respectively. Early detection of digestive tract tumors is crucial to the reduction of global cancer burden. Two-photon excitation fluorescence lifetime imaging microscopy (TP-FLIM) allows noninvasive, label-free, three-dimensional, high-resolution imaging of living tissues with not only histological but also biochemical characterization ability in both qualitative and quantitative way. Benefiting from these advantages, this technology is promising for clinical diagnosis of digestive tract tumors. In recent years, many efforts have been made in this field and some remarkable progress has been achieved. In this paper, we overview the recent progress of TPFLIM-based researches on digestive tract tumor detection. Among them, our latest results on the gastric cancer and esophageal cancer are elaborately depicted. Finally, we outlook and discuss the potential advantages and challenges of TP-FLIM in future clinical applications.

本文以亚心形扁藻为样品, 波长1 341 nm的Nd∶YAP激光为光源, 通过激光共聚焦扫描显微技术, 研究Nd∶YAP激光辐照亚心形扁藻对亚心形扁藻叶绿体自体荧光强度和叶绿体面积大小的影响。Nd∶YAP激光辐照后的亚心形扁藻通过488 nm Ar+激光激发获得亚心形扁藻自体荧光图像及其荧光光谱。结果表明,试验中除(10 W, 60 s)辐照剂量组外, 其余辐照剂量组均提高了亚心形扁藻的自体荧光强度, 且所有的辐照剂量组均增大了亚心形扁藻的叶绿体面积。Nd∶YAP激光可刺激亚心形扁藻的叶绿体发育, 促进藻细胞的生长, 改善叶绿体光合作用的活性。

双光子荧光寿命成像技术在对生物组织进行高分辨三维成像的同时能获得生物组织的生化特性信息，实现结构和功能的精细定量表征，为生物组织的非侵入、无标记、活体成像提供了一种强有力的工具。该技术在肿瘤检测方面具有广阔的临床应用前景，已成为当前生物医学领域研究的热点之一。首先简要介绍了双光子荧光寿命的概念和常用检测方法；其次，结合课题组开展的胃癌和神经胶质瘤诊断等相关研究成果，详细介绍了双光子荧光寿命成像技术在消化道肿瘤、脑肿瘤及皮肤癌等肿瘤检测方面的最新研究进展；最后展望了该技术在未来临床应用中的潜在优势和可能面临的挑战。