多光子激发荧光成像技术因低侵入性、强穿透力、高信噪比和高空间分辨率在生物医学光学领域得到广泛的应用，同时也成为最重要的研究工具之一。在多光子成像中过量的光子密度或激光功率会引起生物组织光损伤。光损伤决定了成像所能使用的激光功率的上限。光损伤强度与激光、组织光学参数有关，其背后的作用机制可分为光化学作用和光热作用。重点论述了光损伤的基本原理和形成机制，阐述了光损伤分析数学模型。讨论和分析了不同组织、不同波长下光损伤的一些研究进展。总结了光损伤规律：无色素组织双光子成像中光损伤以光化学作用为主，色素组织双光子成像中光损伤以光热作用为主，三光子深层组织成像中光损伤很可能来自光化学和光热协同作用。展望了降低光损伤和优化成像参数的可行策略。

光响应液晶聚合物在光化学(如偶氮苯)或者光热(如氧化石墨烯)作用下发生有序-无序转变, 进而产生宏观形变, 是一类被广泛研究的智能材料。目前光驱动液晶聚合物振动器的实现主要有两种途径: 一是紫外或者可见光连续照射时, 偶氮苯液晶聚合物的力学特性发生非线性变化, 驱动器呈现无规振动; 二是通过构筑非平衡系统, 利用驱动器运动过程中的自遮挡效应, 在光源连续照射下自发地产生周期性、连续性运动, 可用于光学信号调制、移动机器人、能量转换、轧机、马达等。本文综述了光驱动液晶聚合物振动器领域的研究进展, 详细介绍了其设计原理、运动机理以及应用领域, 对未来的发展趋势做出了展望。

提出了考虑组织气化温度动态变化的选择性光热解(SP)光热作用新模型,模型包括模拟激光能量在组织内分布规律的基于网格的三维Monte Carlo模拟方法,计算组织内温度分布的考虑组织热物性参数和气化温度动态变化的三维Pennes生物传热方程,以及计算组织热损伤程度的Arrhenius方程3个部分。研究表明,滞留水蒸气系数k对结果有很大影响。k=0,0.022,0.18和1时的动态气化温度SP模型的数值结果分别接近于恒定100 ℃气化温度SP模型、恒定110 ℃气化温度SP模型、恒定130 ℃气化温度SP模型和不考虑气化影响的SP模型。

利用选择性光热解(SP)的三维光热作用模型, 对血管尺寸、位置和数目等血管参数对皮肤组织选择性光热解作用中光热响应规律的影响进行了理论分析和数值求解。数值结果表明, 当利用选择性光热解效应热损伤皮肤组织内的特定血管时, 假如一定区域内有其他血管存在, 则目标血管的热损伤率会受区域内其他血管的影响而减小。这个区域的大小与激光光斑大小及激光波长有关。一般来说, 当血管处于激光光斑以外或深度超过1 mm(对于585 nm激光)时, 这些血管的影响可忽略不计。

具有一定强度的激光辐照皮肤组织时可造成组织的破坏.本文基于激光与生物组织相互作用的机理,建立了激光辐照皮肤三层组织的二维传热模型.在Pennes生物传热方程中采用更能反映活体组织真实情况的血液灌注率,并用有限元法数值模拟了所引起的温度场变化.研究结果表明:激光对活体皮肤组织的热损伤最早发生在光束中心处,并沿着径向和轴向衰减,活体组织热物性的非均匀性考虑与否会对结果产生很大影响.

激光辐照牙齿时所产生的温升容易引起牙髓细胞不可逆的损伤，导致牙髓细胞坏死，因此必须对相关的激光参数加以控制。建立了激光与牙齿相互作用的热传输模型，利用Crank－Nicolson有限差分法数值模拟了不同Nd∶YAG激光参数照射下牙齿表面及内部的温度场的分布。计算结果表明，激光脉冲的宽度、间隔、个数决定了牙齿表面和牙髓腔壁的最终温度，将激光的总能量分配到几个脉冲之中，导致了牙齿表面温度的降低；而在牙髓腔壁出现了相反的情况，即脉冲数越多，牙齿内壁的温度也就越高。对相关的光热机理进行了探讨，提出控制单脉冲能量是光热蚀除牙齿应采用的最佳措施。

采用辐射温度测量技术实现了激光与生物组织热响应的无损监测．便携式红外辐射监测仪内置LD红光指示和对准音提示，在距离红外透镜25mm处最小物面孔径为2．5mm．靶点组织的温升变化是激光输出参量和被测生物组织自身的光、热物理特性的综合反映，与可能产生的疗效密切相关．实验记录了单个红宝石激光脉冲、连续CO₂激光作用下多种组织的热响应过程，从辐照时间、温升峰值、上升时间等角度讨论了不同组织、不同条件下组织热响应的差异．

激光技术已经成为硬组织蚀除、口腔手术、激光理疗、牙齿脱敏治疗等牙科应用领域中重要的治疗手段.但是激光辐照牙齿时所产生的温升容易引起牙髓腔中细胞不可逆的损伤,导致牙髓细胞坏死,因此必须对相关的激光参数加以控制.本文建立了激光对牙齿光热作用的理论模型,对不同Nd:YAG激光参数照射下牙齿表面及内部的温度场进行了仿真研究.对相关的光热机理进行了探讨,提出了光热蚀除牙齿应采用的最佳措施.

建立了描述温控加热方式下激光诱导肿瘤间质热疗过程中动态光热作用的二维圆柱坐标下的数学模型,采用基于网格的蒙特卡罗方法数值模拟热疗过程中激光能量在非均质生物组织内的传输过程,基于Pennes生物传热方程和Arrhenius方程数值求解组织内的温度场和热损伤体积的变化.通过数值模拟的方法分析了激光波长、激光功率、温控范围等因素对激光诱导肿瘤间质热疗中热损伤体积的影响.数值模拟的结果表明,通过选择合适的治疗参数,可以得到各种不同大小的热疗区域.本文的结果和结论对于临床治疗方案的制定具有一定的理论指导意义.

采用热疗过程中组织物性动态变化的光热模型，数值模拟了分别采用漫射光纤加入头和裸光纤加入头时的激光诱导肿瘤间质热疗(LITT)中热损伤体积的变化，并对实际漫射光纤加入头下发光强度不均匀的影响进行了分析。数值计算结果表明，通常情况下漫射光纤加入头产生的热损伤体积远大于裸光纤时的热损伤体积;裸光纤加入头产生的热损伤区域关于光纤端部不是球对称的，漫射光纤加入头产生的热损伤区域近似呈椭球形;漫射光纤产生的热损伤体积对加入头发光强度的非均匀性不太敏感。可见激光光纤加入头形式和发光特性对激光诱导肿瘤间质热疗具有重要的影响。