元素成像技术是一种基于激光诱导击穿光谱（LIBS）技术的元素光谱强度成像技术, 该技术拥有多元素分析能力、原位成像能力和大面积样本扫描成像能力, 且样本制备简易、成像速度快。首先介绍了LIBS元素分布成像技术的原理, 其次介绍了目前常用的LIBS成像设备, 最后回顾了LIBS成像技术在古气候学、病理分析、药物代谢及植物学分析等领域的相关应用。

利用生物分子独特的拉曼光谱特征进行生物组织分类研究。利用研制的拉曼探针穿刺生物组织, 获得生物分子的拉曼光谱信号数据, 并对数据进行基线校正和滤波预处理; 利用主成分分析法, 提取拉曼光谱数据的关键特征; 通过反向传播(BP)神经网络算法对这些特征进行组织分类; 利用动物组织样品上采集的拉曼光谱数据, 进行自动分类实验研究。结果表明, BP神经网络能够实现不同生物组织的分类, 且准确率达到95%。

太赫兹辐射具有低光子能量和较高的透射性, 并对水分子等极性物质反应敏感, 因此太赫兹数字全息成像法可以快速准确地获取生物组织信息。本文利用太赫兹数字全息成像系统对猪肉和羊肉组织切片进行测量, 采用菲涅耳反衍射方法对实验结果进行优化, 选取0.9 THz分量的振幅图像进行分析。通过计算组织的吸光度获取0.9 THz吸光度图像。实验结果显示, 肌肉组织的吸光度均在8 cm-1以上, 脂肪组织的吸光度不超过4 cm-1。采用主成分分析方法获得吸光度得分图并进行重建, 从重建结果中可以清晰区分生物组织的不同区域。由此表明, 太赫兹数字全息成像技术能够直接获取生物组织的二维信息, 探测时间短、效率高, 在生物检测领域具有广阔的应用前景。

提出一种几何蒙特卡洛方法(GMC)，利用光子位置与物质界面间的几何关系在整个计算区域而非单个网格内计算光子传输。计算区域无网格离散，光在物质界面处的传播严格依据其实际过程进行，消除了网格蒙特卡洛方法(VMC)中的光传播误差并大幅提高了计算速度。对于包含单根血管的情况，采用10 μm 网格，GMC 的计算速度约为VMC 的25 倍。利用GMC 方法计算了激光在多根同轴血管簇皮肤组织模型中的能量沉积，发现血液体积分数不变时，血液能量吸收特性对血管分布的依赖性随着血管数量的增加而降低。当血管数量为20 根时，不同血管分布下血液能量吸收最大变动率不超过4%。这表明可以通过假设的血管分布开展研究而无需考虑真实的复杂血管结构，具有重要的实际应用意义。

利用透射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对猪脂肪、肌肉和皮肤三种新鲜组织的持续脱水过程进行在线连续扫描，观察太赫兹波时域谱在组织脱水过程的变化，并分析比较三种组织脱水前后的太赫兹波吸收系数及折射率的改变及差异.结果表明，太赫兹波对新鲜组织含水量的改变十分敏感，新鲜组织的含水量是影响太赫兹波吸收系数的主要因素.同时，不同组织对太赫兹的吸收有明显差异，表明太赫兹光谱技术可以鉴别不同的组织类型.本研究为太赫兹技术在生物医学领域的进一步研究和应用提供了帮助.

针对激光诱导生物组织温升预测问题提出了一种新的RC电路理论模型。根据基尔霍夫电压定律（KVL）推导了RC电路的系统函数和单位冲激响应，根据单位冲激响应和矩形输入信号的卷积得到RC电路的零状态响应模型，由激光照射下生物组织温度实验结果确定模型中的两个固定参数，提出了两种模型参数计算方法并进行模拟计算。理论计算与实验结果显示温度响应曲线一致，肝脏和肌肉组织峰值温度相对误差范围分别为-0.0557 ℃~-0.0025 ℃和0.0139 ℃～0.0641 ℃，温度曲线平均相对误差范围分别为0.55%～2.39%和0.38%～0.99%，这种方法较经典的Pennes生物热传输方程模型所需参数少，精度更高，为激光与生物组织光热效应研究提供了一种新方法。

We propose and conduct both the rotating linear polarization imaging (RLPI) and Mueller matrix transformation (MMT) measurements of different biological tissue samples, and testify the capability of the Mueller matrix polarimetry for the anisotropic scattering media. The independent parameters extracted from the RLPI and MMT techniques are compared and analyzed. The tissue experimental results show that the parameters are closely related to the structural characteristics of the turbid scattering media, including the sizes of the scatterers, the angular distribution and order of alignment of the fibers. The results and conclusions in this paper may provide a potential method for the detection of precancerous and early stage cancerous tissues. Also, such studies represent the Mueller matrix transformation procedure which results in a set of parameters linking up the Mueller matrix elements to the structural and optical properties of the media.

提出了基于谱域光学相干反射法的生物组织折射率测量技术，设计了共光路干涉结构，提高了测量速度，抗干扰能力强。中心波长为850 nm的宽带光源发射的光经Y型耦合器传输到样品端，由样品散(反)射后，回射入样品臂，经Y型耦合器传输到光谱分析系统，使用计算机虚拟仪器完成系统构建与优化。编写快速傅里叶变换程序进行信号分析。使用标准K9玻璃样片作为样品进行验证，实验误差为0.29%。实际测量了黄瓜浅表切片在850 nm波长处的折射率，测量时间小于1 min。

设计了一种测量米勒(Mueller)矩阵的斜入射正接收的实验装置结合新的数据处理算法,测量了仿生物组织和真实生物组织的后向散射Mueller矩阵。利用该法对生物组织等混浊介质后向散射Mueller矩阵进行研究,在混浊介质检测和医疗诊断等方面有潜在的应用价值。

为了更确切地认识光在生物组织内的传输规律，通过实验测量研究了鸡肌肉组织和猪脂肪组织切片的光透射特性。结果表明，激光束经过肌肉组织后，能在远场处产生明显的衍射条纹。为了解释这种衍射现象，将衍射效应考虑进辐射传输模型，对辐射传输理论进行了修正。修正后的辐射传输理论不仅能定性地说明肌肉组织衍射现象的成因，而且其数值结果与实验现象吻合较好，说明了修正后辐射传输理论的正确性。