近红外二区（NIR-Ⅱ）金纳米团簇（Au NCs）具有明亮的多色荧光、良好的生物相容性和可肾脏清除的特性，已成为当前生物医学光子学领域中备受关注的纳米材料。首先介绍了NIR-Ⅱ Au NCs的合成方法，讨论了其面临的低产率和缺乏规模化制备的问题。其次，介绍了NIR-Ⅱ Au NCs的表面调控技术，讨论了调控团簇表面结构、组成和形态的方法，以及增大发光波长和提高荧光量子产率的方法。然后，总结了NIR-Ⅱ Au NCs在血管成像、淋巴管和淋巴结成像、肿瘤成像以及成像引导治疗等方面的最新研究进展。最后，讨论了NIR-Ⅱ Au NCs在生物医学光子学领域中面临的机遇与挑战。

Optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) has been shown to be an excellent tool for high-resolution imaging of microvasculature, and quantitative analysis of the microvasculature can provide valuable information for the early diagnosis and treatment of various vascularrelated diseases. In order to address the characteristics of weak signals, discontinuity and small diameters in photoacoustic microvascular images, we propose a method adaptive to the microvascular segmentation in photoacoustic images, including Hessian matrix enhancement and the morphological connection operators. The accuracy of our vascular segmentation method is quantitatively evaluated by the multiple criteria. To obtain more precise and continuous microvascular skeletons, an improved skeleton extraction framework based on the multistencil fast marching (MSFM) method is developed. We carried out in vivo OR-PAM microvascular imaging in mouse ears and subcutaneous hepatoma tumor model to verify the correctness and superiority of our proposed method. Compared with the previous methods, our proposed method can extract the microvascular network more completely, continuously and accurately, and provide an effective solution for the quantitative analysis of photoacoustic microvascular images with many small branches.

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。

随着我国社会经济的发展及国人饮食、生活习惯的改变, 糖尿病的发病率呈逐年上升趋势。糖尿病视网膜病变(Diabetic Retinopathy,DR) 作为糖尿病最为常见的并发症, 已成为视力下降甚至致盲的主要原因之一。通过对其早期诊断和及时治疗, 超过50%的患者的视力损伤及致盲可得到预防。因此, 研究DR的诊断和治疗方法具有重要的临床意义。由于眼部的结构及光学特性, 生物医学光子学技术在DR的临床诊断和治疗中已得到了非常广泛的应用并且具有巨大的发展前景。本文综述了目前临床上用于DR诊断和治疗的主要生物医学光子学技术的原理及其最新应用进展, 并分析对比了各个技术的特点, 最后总结并展望了生物医学光子学技术在临床DR诊断和治疗的发展趋势。

为了提高荧光超分辨显微技术的时间分辨率，提出了各种高密度荧光分子定位算法。对基于压缩感知模型的凸优化(CVX)工具箱的内点算法、同伦算法以及正交匹配追踪(OMP)算法的重构密度、定位精度、定位时间进行比较。模拟结果表明，CVX方法和同伦算法能够在高密度情况下实现精确定位，OMP算法与同伦算法运行时间比CVX算法短，但OMP算法在高密度的情况下定位精度相对其他2种算法明显下降。实验结果表明，3种算法都能实现高密度的荧光分子定位，CVX方法和同伦算法具有较好的重构效果；在500幅图像重构中，同伦算法与OMP算法的速度相比于CVX算法分别提高了14.9倍和21.2倍，大幅度缩短了重构时间。

目前临床病原菌检测主要依赖细菌培养的方法，该方法周期长、准确性低，且容易产生交叉污染和人体感染等问题。提出微流控芯片核酸恒温扩增分子诊断技术，开发离心进样空气隔离微流控芯片和共焦面成像光学检测系统，采用旋转扫描信号采集方法和薄层空气浴流动加热比例-积分-微分温控方法对呼吸道病原菌进行实验和分析。研制恒温扩增微流控芯片核酸分析系统，将系统检测灵敏度提高至10 copies，降低样品试剂消耗量至0.94 μL，在45 min内能够同时进行多种病原菌指标的并行分析鉴定。通过100例临床样品实验测试，得到所提系统与传统聚合酶链反应所得结果的总符合率大于98%，可满足医院、社区医疗、乡镇卫生诊所等低成本精准医疗应用的需要。

针对具有复杂形貌的大面积组织体，基于空间频率域方法，提出并搭建了一种具有在线形貌矫正能力的绝对光学参数测量系统.首先利用相位轮廓术获取组织体三维表面轮廓，用余弦辐射公式法矫正由组织体表面复杂形貌引起的光照度的差异.然后，采用漫反射板代替传统方法中的参考仿体，基于空间频率域测量模式进行绝对光学参数测量，并利用提出的光学参数反演方法实现组织体吸收系数的重建.组织仿体实验结果表明，对于表面高度小于29 mm的仿体，经矫正后，吸收系数的测量相对误差从60%下降到13%.

为降低近红外脑功能漫射光断层成像(DOT)固有的逆问题病态性, 并避免多模态方法的图像配准等问题, 提出了基于光学自导引提供先验功能信息的脑功能DOT方法(OT-DOT), 并发展了图像重构方法.模拟验证表明: 上皮厚度(TLT)已知时, OT-DOT获得的重构量化度(QR)约为传统DOT的4.2倍; 当TLT的估计误差小于±10%时, OT-DOT重构的QR值可达92%以上, 远远优于传统DOT; 噪声鲁棒性测试表明, OT-DOT与传统DOT的噪声鲁棒性相近.利用连续光DOT测量系统的仿体实验重构结果表明, 所发展的OT-DOT算法获得的重构结果优于传统DOT算法.

提出一种基于光学相干层析成像(OCT)技术的水凝胶三维打印精准控制方法，利用OCT在线定量评价，通过迭代降低设计与打印间形态差异，提高了水凝胶打印的可控性和稳定性。实验结果显示，该方法能够准确地定量表征水凝胶三维打印支架的结构特征，并基于OCT表征结果的相关函数精准控制打印，使得支架平均孔隙尺寸与设计值的偏差从30%降低到2%。研究表明OCT技术可为组织工程中支架设计与表征、三维生物打印过程控制等提供具有潜力的精准化工具。