肺部疾病的诊断和治疗很重要，目前实现肺部疾病的无创监测具有一定困难。笔者采用近红外光子传输技术，定量研究了人体肺部的结构。以可视中国人数据集（VCH）为实验对象，利用蒙特卡罗（MC）模拟对其进行了仿真。对肺部血流动力学非侵入式测量的可行性进行了理论探讨，并对光子在肺部传输时的最佳光源位置进行了研究，同时还对光源‐检测器距离进行了优化。光通量强度显示，光子在人体肺部可以穿透6~8.4 mm，光源到检测器的最佳距离是2.8~3.6 cm。在此基础上，对13名志愿者进行了近红外漫反射实验，实验数据与仿真结果基本一致。实验结果表明，本研究在肺部血流动力学无创监测方面具有广阔的应用前景，同时也为生物医学光学技术在人体上的应用提供了参考。

将扩散干涉光谱（iDWS）技术与光外差检测方法和扩散散斑衬比分析方法相结合，提出了一种扩散相干散斑成像检测方法，并搭建了实验系统。该系统能有效地提高无创检测局部脑血流量（rCBF）的信噪比和检测精度，仿体流速实验结果表明，其相对血流指数与实际流速具有较好的线性度，在源-探距离为6~12 mm范围内线性相关系数均值为0.9881±0.0005。该检测方法可以区分不同目标区域的流速变化，管径为4.8 mm时相对误差为2.04%，结合血管管径测量方法可实现流速和流量的有效监测。通过在体实验和袖带加压实验，证明系统可以检测到活体rCBF的流速信息，且在有效测量流速范围内有较好的检测准确度。

皮肤胆固醇含量可以作为评价动脉粥样硬化的重要指标之一,现有的皮肤胆固醇含量检测主要基于实验室活检进行,缺少快速无创的检测技术和装备。针对以皮肤胆固醇含量为评价指标的动脉粥样硬化的早期快速筛查需求,本文提出了基于荧光光谱法的皮肤胆固醇快速无创检测方法,研发了一种皮肤胆固醇无创检测系统。为了提高测量的准确性和稳定性,该系统对温度引起的检测试剂荧光效率的波动进行了修正。本文结合气相色谱法对测量结果的准确性进行了验证,并通过检测正常人群和动脉粥样硬化高风险人群的皮肤胆固醇含量,明确了该系统的临床应用价值。本文的研究结果表明,462~520 nm波段内的平均荧光强度与温度的相关系数为-0.995(p<0.0001),可据此建立温度校准曲线对由温度差异引起的荧光波动进行修正。校正后,系统测量的皮肤胆固醇含量与气相色谱测量值的相关性显著,相关系数为0.905(p<0.0001)。在动脉粥样硬化高风险人群的筛查实验中,动脉粥样硬化高风险人群和正常人群的皮肤胆固醇检测结果具有显著差异(P=0.0004)。与现有技术相比,基于荧光光谱法的皮肤胆固醇检测技术具有测量快速无创等优势,为大规模开展动脉粥样硬化的早期风险筛查提供了先进技术手段。

传统的人体血糖检测方法是有创的, 具有一定的局限性。文章提出一种结合能量守恒法与光谱法的血糖检测技术, 该技术能够实现人体血糖的无创、实时和准确检测。首先设计了一种人体体征数据采集装置, 用于实时采集血糖相关数据并上传至上位机。然后将数据分别用多元线性回归、k近邻回归和支持向量回归三种机器学习算法进行分析评估, 对比得出最优算法用于无创血糖检测。实验证明, 提出的无创血糖检测技术是可行的, 其中基于支持向量回归算法的测量准确度最高, 相关系数高达0.862, 具有较高的准确性和鲁棒性。

近红外漫反射光谱具有无创伤、 连续、 无感染、 速度快等诸多优势, 在人体成分无创伤检测方面有很好的应用前景。 但是在测量过程中, 随机噪声、 干扰组分以及检测条件的改变等容易导致异常光谱。 判定并剔除异常光谱对于提高近红外无创血液成分检测的可靠性具有重要意义。 首先分析了近红外漫反射光谱无创血糖检测中可能出现的异常数据类型, 提出了一种综合利用马氏距离、 光谱残差和化学值残差三个指标构造三维空间对样本集进行检验的三维坐标异常数据判定方法。 其次, 针对三层皮肤组织模型, 在参数中设置人为失误、 极端成分含量以及异常温度变化的样本, 通过蒙特卡罗（MC)模拟程序得到一组正常模拟数据以及一组包含化学值异常和光谱异常的模拟数据, 并利用三维坐标法进行异常数据的判定。 结果显示, 该方法能识别出全部异常样本, 剔除这些异常样本后, 偏最小二乘（PLS）校正模型的交互验证均方根误差（RMSECV）由212 mmol·L-1降低到11 mmol·L-1, 初步验证了该方法的可行性。 进一步, 对三位受试者开展了口服葡萄糖耐量试验（OGTT）, 通过在测量受试者血糖参考值的同时同步采集其手指部位的漫反射光谱, 获得了三组在体实验数据。 并利用三维坐标法和蒙特卡罗交互验证法进行异常数据的判定和剔除, 最后建立PLS模型比较两种异常数据判别方法的效果: 剔除三维坐标法识别出的异常数据后, 三组样本建立的校正模型的决定系数显著提升, RMSECV平均值由21 mmol·L-1降低至08 mmol·L-1, 效果优于蒙特卡罗交互验证法的结果。 这些结果表明, 基于马氏距离、 光谱残差和化学值残差的三维坐标异常数据判定方法能有效识别近红外无创血糖测量中的异常数据, 在在体成分检测应用中有显著优势。

传统拉曼光谱只能探测样品的表层信息, 或者只能穿透透明的表层探测样品内部, 对多层不透明或不透明包装的样品检测则不适用了, 比如搜索隐蔽的爆炸物、 识别有包装的假药、 无损检测骨骼疾病等。 空间偏移拉曼光谱（SORS）技术是一种新型光谱检测技术, 能够非侵入不透明包装或表层直接获得样品内部深层特征信息, 这一技术的出现解决了上述的难题。 首先详细介绍了SORS技术的工作原理: 其根本原理在于光子迁移理论, 其系统激光光源的入射焦点与光谱系统中收集透镜的焦点在待测样品表层空间上偏移一定的距离ΔS。 当激光入射到待测样品表层时, 表层样品被激发或散射出宽带荧光, 其中有一部分散射光将到达样品内部, 样品内部深层处产生的拉曼散射光子相比于样品表层的光子在散射过程中更易于横向迁移, 经多次散射后返回样品表层被光谱仪器接收系统收集。 到达样品内部不同深度ΔH的散射光返回表层后的位置距离激光光源入射点在样品表层上有不同的偏移距离ΔS。 当空间偏移距离ΔS＝0时, 激光光源入射点与拉曼光谱收集点重合, 此处激发的光子密度最大, 系统收集到的拉曼光谱信号大部分来自样品表层, 样品深层拉曼信号被淹没; 当空间偏移距离ΔS≠0时, 光谱仪器收集到的拉曼光谱信号中来自表层的信号衰减很快, 来自样品深层的信号衰减较慢, 使得更深层的拉曼散射光子比重变大, 从而实现光谱分离, 再结合多元数据分析方法可以获得样品内部不同深层次的拉曼光谱, 即空间偏移拉曼光谱。 该技术具有很好抑制表层物质拉曼光谱和荧光光谱干扰的能力, 特别适用于隐蔽在不透明包装材料下的物质拉曼光谱的提取, 从而快速、 非侵入地对目标物成分进行鉴定。 其次介绍了SORS技术的特点。 SORS技术是拉曼光谱的衍生技术, 具备拉曼光谱技术的制样简单、 水分干扰小、 样品消耗量小、 灵敏度高等全部优点, 除此之外, 有效抑制荧光、 深层检测、 非侵入无损检测、 远距离检测等特点, 这些特点有效提高了拉曼光谱强度, 降低用户的检测和生产成本以及提高检测人员的人身安全。 同时概述并对比了SORS技术现有的三种工作方式: 标准SORS、 逆SORS和倾斜SORS。 标准SORS技术可进行远距离非接触测量, 逆SORS较之标准SORS具有更高的灵敏度和抗光谱扭曲的潜力, 而且入射的有效光照面和空间偏移距离ΔS是可控的, 避免了样品过热; 倾斜SORS具有较高的检测灵敏度, 而且实验装置容易实现。 然后在大量调研文献的基础上综述了近些年来SORS技术结合其他技术在化工生产、 安检、 生物医学、 考古艺术、 食品安全、 稽查打假以及**安全等多个领域的国内外发展和应用。 最后指出了SORS技术目前存在的问题并展望了该技术未来的发展前景。

为实现人体血液甘油三酯(TG)含量无创检测, 应用近红外光谱技术(NIRS), 对单体TG进行定量分析。 通过离体实验优选检测波段(5 700～5 600和4 600～4 400 cm-1), 优化设计检测探头, 综合预处理方法等手段, 对其中TG含量进行定标和预测。 以期提升单体TG无创检测精度及稳定性。 无创采集54组单体光谱数据, 并对其中TG含量进行定标预测, 经对比分析确定平滑滤波(SG)结合偏最小二乘方法(PLS)的定标模型稳健性最优, 对预测集1, 2样品最佳分析结果: 预测标准偏差RMSEP分别为12和12.8 mg·dL-1, 相对预测标准偏差RSD为16.25%和17.33%, 预测精度理想, 基本可用于单人TG的日常监测。 鉴于SG-PLS模型在单体TG无创测量及日变化趋势预测方面的良好表现, NIRS分析技术将在TG无创检测与日常管理领域有更为广泛的应用前景。

组织荧光光谱技术可用来定量测量组织生物化学性质及组织结构的变化,进而实现疾病早期诊断.为提高组织荧光光谱检测的准确性,提出了组织荧光光谱检测系统校准流程及具体实现方法,包括激发光强校准、传输光路传光效率校准、探测模块波长校准和非线性校准、系统光谱响应校准、暗背景扣除、光谱平滑.搭建三套组织荧光光谱检测系统,并分别对荧光标准板和人体皮肤组织进行实验测试,结果显示未校准时三套系统对同一荧光板和同一受试者的荧光强度测量结果变异系数分别为7.4%和10.4%,校准后变异系数分别为0.9%和2.0%.

为改进现有光学相干层析术(OCT)无损检测血糖评价方法的不足，提出将OCT信号斜率相对变化量和相对标准误差相结合来评价测量结果，并同时得到血糖的理论测量精度。首先，分析了OCT系统共焦函数对测量结果的影响及OCT信号斜率相对误差的计算方法，然后，通过对3只新西兰白兔进行活体实验来评价OCT无损检测血糖的测量结果。在测量血糖引起的OCT信号斜率相对变化量的同时，对OCT信号斜率相对误差也进行了计算，从而获得血糖的理论测量精度。新西兰白兔活体实验表明，线性度较好的拟合区间下OCT信号斜率相对变化量和相对误差分别为(3.7%)/mmol和0.068，(3.4%)/mmol和0.026，(0.93%)/mmol和0.019，血糖理论测量精度分别为±3.7 mmol，±1.5 mmol和±4.1 mmol。OCT信号斜率的相对变化量和相对标准误差相结合的评价方法能更有效地提高血糖理论测量精度，而且拟合区间越大，血糖的测量精度越高。