现代光学成像和光学治疗技术的发展,为智能化精准微创诊疗平台的构建提供了重要的结构支撑。传统的诊断和治疗技术存在诊断与治疗过程相对独立,术前、术中信息不匹配,病灶信息模态单一,较为依赖医生经验等问题。近年来,结合计算机视觉、精密机械制造、自动化控制、纳米材料等手段,光学诊疗技术朝着智能化、精准化方向发展,促进临床手术系统走向诊疗一体化。本文从光学成像及智能化诊断方法、精准的光学治疗手段、光学诊疗仪器与一体化方法三个方面,对智能化精准光学诊疗技术研究进展进行综述。

光学相干断层成像(OCT)是一种基于弱相干光学断层成像技术, 可以对生物组织活体断层成像, 是继计算机X射线摄影(CR)和数字X射线摄影(DR)、超声、电子计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)之后又一新的生物组织成像方法。OCT在眼科、皮肤科、心血管科、肿瘤科、骨科、口腔科、妇科等对组织病变的早期光学诊断和实时动态监测方面具有广泛的应用及重要的临床价值。本文就OCT的基本原理、研究现状、主要的临床应用和应用过程中存在的问题进行综述并展望未来相关的发展趋势。

对大气环境中脉冲电压加载下绝缘介质沿面闪络放电开展了初步放电图像诊断研究。采用超高速可见光分幅相机诊断指状电极结构下有机玻璃材料在大气环境中不同时刻闪络通道发光图像特征。实验结果表明：闪络通道形成和扩张阶段中, 阴极区域和阳极区域均产生放电发光, 放电通道沿固体电介质表面快速贯穿, 贯穿时间约15 ns, 贯穿后发光通道逐渐扩张至一定区域, 发光强度大, 维持时间长, 整体发光时间可持续到μs量级, 放电通道内能量分布有所差异。

介绍了一套用于多间隙气体开关光学诊断的光纤探测系统，该系统主要由光纤阵列探测器和沉入式日盲型光纤探测器构成。用该系统研究了多间隙气体开关的详细击穿过程，并分析触发电压、气压及紫外光预电离对开关性能的影响。光纤阵列探测器定时精度小于0.6 ns，脉冲响应3.2 ns；日盲型光纤探测器光谱响应为260~320 nm，通过实验可知，气体开关击穿次序为：3#-2#-1#-4#-5#-6#，统计时延和过压击穿时延占主要部分；提高开关的触发电压、降低开关的工作气压，主要影响开关击穿过程的前半部分，从而降低开关的击穿抖动；如果能够产生强度稳定的紫外光，可以改善开关的抖动性能。

通过对激光等离子体进行诊断，可以获取激光等离子体重要的参数和演变规律。使用高速CCD对激光等离子体闪光进行拍摄，研究了不同激光能量下激光诱导空气击穿产生的等离子体的形状、大小、颜色以及激光等离子的发展变化特性。实验表明: 等离子体在空间上呈发光液滴状，且逆着激光束的方向膨胀。随着激光能量的增大，等离子体在水平方向和竖直方向的尺寸逐渐增大，增大趋势逐步变小。

针对超高压下透明材料的高压离化机理, 分析了透明材料中冲击波直接诊断技术的基本方法。利用Drude自由电子气模型, 分析了不同冲击压力下冲击波阵面反射率的变化。设计了专门的实验, 将探测器致盲区与信号区错开, 获得了蓝宝石中冲击波阵面反射的信号。结果表明:冲击波速度为32 km/s时, 其波阵面的反射率约为35%, 致盲效应出现时间与激光脉冲峰值到达时刻相同, 持续时间也与激光脉宽相同。分析了致盲应产生的原因, 并提出了解决办法。给出了加蓝宝石窗口后的测速公式,经过和实验对比, 确认了测速公式的正确性。

本文提出了超高压条件下应用于透明材料中冲击波速度直接测量的成像型速度干涉仪技术。介绍了成像型速度干涉仪技术的光路结构和基本原理，给出全系统的光路图。分析了预热效应产生和冲击波到达时刻的时间顺序，发现方波驱动脉冲平台的前沿到达时刻和X 光离化效应出现的时刻相同，冲击波信号到达时刻晚于X 光离化时刻。验证了冲击波到达窗口材料时形成反射面的反射率会突然增高，可以通过该现象确认冲击波到达的时刻。给出了实验结果，分析了条纹间断是由于X 光预热效应引起的，并且发现预热效应在激光脉冲平台期前沿进入靶腔后开始，平台期后沿结束后约400 ps 减弱到不影响冲击波信号探测。通过理论分析和实验数据比对的方法，确认了蓝宝石当中的减速曲线。给出了加蓝宝石窗口后的测速公式。经过实验对比，确认了测速公式的正确性。

We have imaged mitochondrial oxidation–reduction states by taking a ratio of mitochondrial fluorophores: NADH (reduced nicotinamide adenine dinucleotide) to Fp (oxidized flavoprotein). Although NADH has been investigated for tissue metabolic state in cancer and in oxygen deprived tissues, it alone is not an adequate measure of mitochondrial metabolic state since the NADH signal is altered by dependence on the number of mitochondria and by blood absorption. The redox ratio, NADH/(Fp+NADH), gives a more accurate measure of steady-state tissue metabolism since it is less dependent on mitochondrial number and it compensates effectively for hemodynamic changes. This ratio provides important diagnostic information in living tissues. In this study, the emitted fluorescence of mouse colon in situ is passed through an emission filter wheel and imaged on a CCD camera. Redox ratio images of the healthy and hypoxic mouse intestines clearly showed significant differences. Furthermore, the corrected redox ratio indicated an increase from an average value of 0.51 ± 0.10 in the healthy state to 0.92 ± 0.03 in dead tissue due to severe ischemia (N = 5). We show that the CCD imaging system is capable of displaying the metabolic differences in normal and ischemic tissues as well as quantifying the redox ratio in vivo as a marker of these changes.

介绍了应用于超高压条件下的成像型速度干涉仪技术的光路结构和基本原理,该技术在传统速度干涉仪技术的基础上进行了改进,将收光部分改为成像系统,记录系统使用条纹相机,从而能够诊断高速冲击波信号。给出了全系统的光路图,提出了各分系统的参数要求。针对系统硬件,给出了探针光源、成像系统的基本参数,给出了三点支撑干涉仪的设计图,分析了记录系统的基本参数。对于静态实验,拍摄了静态靶的照片,并对静态靶照片进行了初步的分析:发现可以通过条纹对比度的变化初步判断像与靶的对应程度。