北京航空航天大学医学科学与工程学院，北京 100191
扩散光学成像技术在生物医学领域有着广泛的应用。相较于磁共振成像（MRI）、计算机X射线断层扫描（CT）、正电子发射断层扫描（PET）和超声成像等成像方式，扩散光学成像利用经组织吸收和散射的扩散光进行成像，可无创、无标记、宽场、定量测量氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、血氧、水分、脂质、黑色素等成分浓度和组织功能信息，在安全性、特异性和系统成本等方面有明显优势。本文介绍了扩散光学成像的基本原理，包括光与组织的相互作用和光传播模型，并总结扩散光学成像的相关方法和应用，包括脉搏血氧术、漫射光谱、扩散光学层析成像、荧光分子层析成像和空间频域成像，并对它们的未来发展进行了展望。
扩散光学成像 组织光学 功能信息 生物医学光学 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0800001
之江实验室类人感知研究中心，浙江 杭州 311121
光声成像（PAI）是一种结合了光学成像高对比度和超声成像深穿透性的生物医学成像模态，近年来得到了迅速发展。其中，光声显微成像（PAM）作为光声成像的重要实现方式之一，可以在毫米级的成像深度上实现微米级甚至百纳米级的分辨率，能够实现对生物组织结构、功能和分子的高分辨率成像，已在临床诊断、皮肤病检测和眼科等领域得到广泛应用。首先对PAM的工作原理和实现方式等进行基本介绍，之后围绕便携式PAM技术，从手持与半手持式、脑部可穿戴式及集成多模态3方面对其研究进展进行综述，随后探讨便携式PAM技术面临的挑战，最后进行总结与展望。
生物医学成像 光声成像 光声显微成像 便携式光声显微成像 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618017
马海钢 1,2,3,*吴家辉 1,2,3朱亚辉 1,2,3魏翔 1,2,3[ ... ]左超 1,2,3,**
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院智能计算成像实验室（SCILab），江苏 南京 210094
2 南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室，江苏 南京 210094
3 南京理工大学智能计算成像研究院（SCIRI），江苏 南京 210019
光声显微成像（PAM）是一种具有无损、多功能、高分辨率等特点的生物医学成像技术，通过检测光声信号进行图像重建可实现高分辨率和高深度的结构和功能成像，在生命科学、基础医学和医疗诊断中发挥着越来越重要的作用。首先概述光声显微技术的发展背景和原理特点，然后对利用光学增强、声学增强、人工智能增强及光学与声学互补的光声显微成像术促进成像性能提升的方法进行论述，最后讨论当前光声显微技术在生物医学研究中的广泛应用，并对未来技术的发展趋势进行展望。
生物医学影像 光声显微成像 高分辨 多功能 无损 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618006
华南师范大学华南先进光电子研究院，广东 广州 510006
拉曼技术具有非侵入、分子指纹、不受水干扰、制样简单、光谱分辨率高等优点，在很多领域都是一种广受欢迎的研究工具。尤其在生物医学领域，拉曼技术不仅可以本征地捕捉正常生理或病理所携带的不同化学信息，而且该技术适用于检测各种常见的生物和临床样品（包括细胞、组织、体液和微生物等），目前很多课题组的研究结果都表明拉曼技术在生物医学领域具有巨大的应用前景。本文首先介绍自发拉曼散射和表面增强拉曼散射的基本工作机理，接着介绍分析处理拉曼数据（光谱和图像）的步骤和算法，然后简单总结了近年来非相干拉曼显微技术在生物医学上的研究成果，最后指出拉曼技术目前面临的挑战并展望了其未来可能的发展方向。
自发拉曼 表面增强拉曼 数据分析 生物医学应用 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618009
1 东南大学智能影像与介入医学国家级重点实验室培育建设点，江苏 南京 210009
2 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所劳伯特生物医学成像研究中心医学成像科学与技术系统重点实验室，广东 深圳 518055
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。
生物光学 金纳米团簇 近红外二区荧光 生物医学光子学 生物成像 成像引导治疗
1 深圳大学物理与光电工程学院，光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室，深圳市超快激光微纳制造重点实验室，广东 深圳 518060
2 深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室，广东省光纤传感技术粤港联合研究中心，深圳物联网光子器件与传感系统重点实验室，广东 深圳 518060
3 南方科技大学医院泌尿外科，广东 深圳 518055
4 香港中文大学机械与自动化工程学系，香港 新界沙田999077
光学相干层析成像（OCT）是一种无创或微创的、可提供组织深度信息的高分辨率可视化实时成像技术，广泛应用于生物医学成像与临床诊断领域。光纤OCT显微内窥成像技术是基于光纤传输和光纤显微内窥成像的OCT技术，除了具有OCT的一般成像优点外，还具有体积小、质量轻、耐腐蚀、电绝缘、抗电磁干扰等特点，尤其适用于对现有其他成像技术无法到达的狭小腔道内的组织病变进行高分辨率检测和早期诊断。随着激光器、探测器和光纤器件制备技术的发展，光纤OCT系统、光纤探头设计和制备都取得了巨大进步，应用场景也得到不断扩展。具体地：光纤OCT系统从时域OCT发展到频域OCT，成像速度和分辨率获得显著提升；光纤OCT内窥成像探头先后历经了光纤-棱镜型、全光纤型及光纤复合型探头三个发展阶段，目前正朝着多功能集成、小型化、一体化的方向发展；光纤内窥OCT的临床应用从呼吸系统和消化系统逐渐拓展到心血管系统。从光纤OCT系统设计、探头设计与制备、内窥成像应用三方面综述近年来光纤OCT显微内窥成像技术的发展现状，重点总结光纤内窥探头的技术发展及其在医学诊断中的应用，最后结合现有前沿技术报道总结展望了未来光纤内窥OCT的发展方向。
光学相干层析成像 生物医学成像 光纤内窥成像 心血管疾病 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211025
1 佛山科学技术学院物理与光电工程学院粤港澳智能微纳光电技术联合实验室，广东 佛山 528225
2 广东唯仁医疗科技有限公司，广东 佛山 528000
3 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院，广东 佛山 528000
4 广州市第一人民医院烧伤整形美容与创面修复科，广东 广州 510180
5 天津大学电气自动化与信息工程学院天津市过程检测与控制重点实验室，天津 300072
6 解放军总医院第一医学中心激光医学科，北京 100853
7 天津恒宇医疗科技有限公司，天津 300308
8 哈尔滨医科大学附属第二医院教育部心肌缺血重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
皮肤烧伤是一种常见的皮肤疾病，对皮肤烧伤程度的判别对于后续的治疗具有重要意义。光学相干层析技术是一种具有非侵入性、无损伤性和高分辨率等特点的光学检测技术。偏振敏感光学相干层析成像（PS-OCT）具有传统光学相干层析成像没有的双折射信息对比度，能够对病变皮肤进行高分辨率高对比度的实时三维成像。为推动PS-OCT在烧伤诊断中的临床应用，发展了一种简单紧凑且灵活高效的基于扫频光源、单模光纤和圆偏振态输入的PS-OCT技术，对离体猪皮组织进行了烧伤成像研究，并通过直方图相关性算法获得了图像的差异性量化指标。实验结果表明，与正常的皮肤组织相比，烧伤皮肤组织的胶原蛋白受高温影响后产生了明显的双折射变化。利用偏振均匀度（DOPU）、累积相位延迟（CPR）、Stokes偏振参数等，可以明显观察到烧伤后的皮肤组织变化。研究表明，该PS-OCT技术在烧伤诊断中具有很大的应用潜力，可以辅助医生进行烧伤程度的判断。
生物光学 生物医学成像 光学相干层析成像 偏振 皮肤成像 烧伤诊断
1 香港理工大学生物医学工程系，香港 九龙999077
2 香港理工大学深圳研究院，广东 深圳 518055
3 香港理工大学光子技术研究院，香港 九龙999077
4 香港理工大学体育科技研究院，香港 九龙999077
光学技术在生物医学中扮演着越来越重要的角色，其非电离辐射、高分辨率、高对比度和对生物组织异变高度灵敏等特性使其非常适用于生物组织的研究，包括成像、传感、治疗、刺激以及控制等。然而由于光折射因子在生物组织中的分布是不均匀的，光在生物组织中的传播会受到很强的散射影响，故纯光学技术的穿透深度和空间分辨率是“鱼和熊掌不可兼得”；高分辨率光学成像应用仅限于样品浅表层，当成像深度增加时分辨率急剧下降。实现光在深层生物组织里的高分辨率成像或应用是人们期盼已久的目标。近年来，为解决这一问题，研究者提出了不同的方法，例如切换到更长的光波长以减小组织散射系数，在信号检测时将漫射光转换为散射不明显的超声信号，逆转或者预先补偿由光的多次散射所带来的相位畸变，或借助光纤等微创光学通道实现深层生物组织的高分辨率光学成像、刺激等。基于团队在深层生物组织光学相关领域多年的耕耘，从光在生物组织中的传播特性出发，梳理和总结了近年来研究人员在光-声结合和光学波前整形技术等方面展开的诸多探索，以及在生物组织操控、成像、光学计算以及人工智能等领域中的应用尝试。虽然尚有诸多不足，但随着硬件设备的更新和计算技术的发展，在不远的将来有望实现活体深层生物组织光学高分辨率应用。在这一求索过程中，新方法和新能力将不断激发新的应用灵感，为光学尤其是生物医学光子学带来全新的理念和机遇。
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
3 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
生物体内元素的微小变化可以直接影响生物的代谢和生理过程。快速、精准的生物体内元素定性定量分析，是新陈代谢检测以及临床疾病诊断中不可或缺的部分。随着医学检测技术的不断发展和临床需求的不断增加，寻找一种更新、更快、适应性更强的临床分析和诊断技术成为当前的研究热点。在生物医学研究中，激光诱导击穿光谱（LIBS）技术凭借着快速、实时、多元素同步检测的优势，在血液、病理组织检测和元素分布成像等方面展现出了极大的应用价值。本综述回顾了近年来LIBS技术在生物医学应用中的研究状况和最新进展，基于目前的研究状况，评估了LIBS技术在血液检测、生物组织分析、元素成像应用领域的挑战和机遇，还为进一步促进LIBS技术在生物医学领域的应用提供了建议。
光谱学 激光诱导击穿光谱 生物医学 血液检测 组织分析 元素成像 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2400004
