研究了经三种不同类型的透明剂处理后的在体人皮组织在波长为400～1 000 nm范围内随时间变化反射光谱特性的变化及各组于580 nm处分别在0～60 min时间段各组反射光谱的改变程度。 实验采用USB-4000光纤光谱仪分别获取经丙三醇、 葡萄糖及丙二醇处理在体人皮肤组织前后的在0, 10, 20, 30, 40, 50和60 min的平均漫反射光谱。 实验结果表明: 分别经三种不同类型透明处理后的皮肤组织的平均反射光强度都呈现出明显的减弱， 但是随着各自作用于皮肤组织时间的增长， 所导致的相对反射率减少量逐渐增大。 经40%甘油作用于皮肤组织后在10, 20, 30, 40， 50和60 min处的相对反射率的减少分别为5%, 7%, 9%, 10%, 11%和12%， 经40%葡萄糖作用于皮肤组织后在10, 20, 30, 40, 50和 60 min处的相对反射率的减少分别为9%, 13%, 16%, 19%, 21%和22%， 而40%丙二醇作用于皮肤组织后在10, 20, 30, 40, 50和60 min处的相对反射率的减少分别为14%, 22%, 29%, 32%, 34%和35%。 可见， 这三种不同类型的透明剂都能够显著增强光在皮肤组织中的穿透能力， 在0～60 min的时间内各组得光透明时间进程也有所不同， 在同体积分数下， 光学透明效果差异显著地由高到低依次为40%丙二醇， 40%葡萄糖， 40%甘油。

介绍了基于光纤迈克尔孙干涉仪的三维谱域光学相干层析(OCT)系统。系统探测器部分为自行研制的高速高分辨率光谱仪,其光谱分辨率高达0.05 nm,使OCT成像探测深度范围达3.4 mm。系统信噪比(SNR)测量值为51 dB,纵向分辨率8.5 μm。系统成像速率达10×103 line /s,通过二维扫描和三维重建,可达到2 s采集一幅三维OCT图像的速度。借助三维相干层析成像技术,可以对眼底视网膜等生物组织进行更加直观和精确的显示。

光动力学治疗鲜红斑痣(PWS)目前被认为是较为有效的一种新型诊疗技术。治疗过程中光能量在皮肤中的分布情况对理解、预计和改进鲜红斑痣的临床治疗效果有重要的作用。基于人体皮肤的组织结构、鲜红斑痣的病理特征、光在皮肤组织中的传输特性以及皮肤各层的组织光学参数, 建立了一种具有多层组织结构的鲜红斑痣皮肤光学模型, 介绍了该模型中组织光学参数的确定方法。利用蒙特卡罗方法结合临床数据计算了光能量在鲜红斑痣皮肤中随深度的分布, 结果可为临床上如何选择最佳光剂量提供部分参考依据。利用本模型做进一步的详细完整的计算可以为光动力学治疗鲜红斑痣提供理论支持。

为研究半导体激光对水果的主要虫害——果蝇(drosophila melanogaster)的控制效果,采用响应曲面法设计,实验研究了激光功率和照射时间对果蝇的生物学效应。结果表明,用波长为650 nm的半导体激光照射果蝇幼虫,在功率60 mW,照射1282 s条件下,果蝇幼虫的致死率可达到99%以上,且体重降低、羽化延续时间缩短,激光对果蝇幼虫具有较强生物学致死效应。但当功率低于40 mW时,激光对果蝇产生激励作用,促使果蝇的生长发育。继续用原剂量照射第三代果蝇的幼虫,对比发现在连续多代照射后,果蝇后代并没有产生对激光的抗逆性。为半导体激光在水果病虫害控制中的应用提供了实验依据。

为了了解生物组织不同结构对光透明进程的影响,利用光相干断层成像术(OCT)和近红外光谱(NIR)对肌肉组织(猪骨骼肌)和上皮组织(猪胃黏膜)经丙三醇处理后的光透明效果进行了比较研究。结果表明,这两种组织的光相干断层成像术成像深度和内层次结构的成像对比度均得到改善;肌肉组织和胃黏膜组织的光透射率分别增加了21%和16%,而漫反射率分别降低了33%和21%;这两种结构组织的光透明效果(肌肉组织较好)和进程(肌肉组织较快)与各自的失水率和失水动力学成正相关,肌肉组织失水过程为先快后慢;胃黏膜组织的失水过程为先慢后快;肌肉组织的总失水率大于胃黏膜组织。这表明结构不同的生物组织的光透明效果存在差异,必须考虑其内部结构的影响。

为了研究光动力治疗(PDT)中各个因素作用的规律,帮助临床采取有效的治疗方案,针对鲜红斑痣(PWS)组织特性,将光动力治疗中组织光分布、单线态氧产生、光敏剂漂白过程和光敏剂扩散过程结合起来,建立适合于光动力治疗鲜红斑痣病变的系统模型。利用建立的模型,对临床中出现的第二光斑治疗效果差的问题进行仿真研究,发现影响其治疗效果的因素,并通过仿真实验提出改进其治疗效果的新方案。通过临床实验,证明了新方案的有效性和模型的有效性。研究结果说明,针对特定的病例条件建立仿真模型,通过仿真实验可以为临床和理论研究提供一种有效的分析方法。

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。

为寻求在红光区具有良好光动力治疗(PDT)抗癌活性的新型四取代铝酞菁光敏剂,以4-硝基邻苯二甲酸为原料,用苯酐尿素法合成了四氨基铝酞菁(TAAlPc)、四乙酰胺基铝酞菁(TAcAAlPc)、四丙酰胺基铝酞菁(TPrAAlPc)和四丁酰胺基铝酞菁(TBuAAlPc)。表征了所得产物的结构,测试了其荧光光谱和急性毒性;并在输出波长532 nm下测定了其光动力抗癌活性。结果表明,所得的酰胺基取代系列铝酞菁对小鼠无明显毒性。当注射剂量为20 mg/kg时,上述四种铝酞菁光敏剂对小鼠S180实体瘤的抑瘤率分别为44.96%,45.87%,45.62%和48.65%,差别不明显。加大剂量至40 mg/kg时,抑瘤率依次为39.16%,42.81%,40.56%和51.82%。在此剂量下,四丁酰胺基铝酞菁表现出较高的光动力治疗抗癌活性。

为了解高渗溶液渗透特性对生物组织的光学透明进程的影响,探索光透明剂的安全有效浓度,用近红外反射光谱和相干光断层成像(OCT)研究了两种光透明剂丙三醇(甘油)和二甲亚砜(DMSO)以及二者的混合溶液[体积分数为80%的甘油水溶液,50%的DMSO水溶液,50%的甘油+20%的DMSO水溶液(GD1)和50%的甘油+30%的DMSO水溶液(GD2)]对胃黏膜组织的光学透明作用。结果表明,这四种溶液都能显著增强近红外光在胃黏膜组织中的穿透能力,光学透明的能力由低到高依次为体积分数为50%的DMSO,80%的甘油,GD1和GD2。发现生物组织光透明进程的快慢和效果与光透明剂的渗透所导致的组织的失水速率和程度成正比。

采用蒙特卡罗模拟方法数值求解了不同波长(1064 nm和850 nm)时的激光诱导间质肿瘤热疗(LITT)中激光能量分别在人体的肝组织和前列腺组织内的传输,分析了影响激光能量空间分布的主要因素。穿透深度是影响激光能量在半径方向上分布区域的重要参数;在轴线方向上,穿透深度和激光加入头有效发射长度都对激光能量分布区域的大小有重要影响。