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。

近红外光谱常被用于含氢有机物质等的物化参数测量, 可以提供丰富的结构和组成信息在复杂溶液的光谱定量分析中更是被广泛应用。 然而在人体血液等复杂溶液的近红外光谱分析中, 强大的背景信息造成的噪声干扰和冗余变量的存在, 严重影响着样品的光谱测量和分析, 影响着分析的效率和准确度。 如何消除背景噪声等的干扰来提高分析准确度已经引起高度重视, 近几年来, 国内外学者提出了许多基于化学计量学方法的相关方法。 从光谱预处理、 变量优化和建模分析三方面, 以传统的化学计量学方法出发, 总结和分析这些方法在人体血液等复杂溶液的近红外光谱定量分析的应用和各自的特点, 为提高光谱定量分析准确度的研究提供参考。

创面愈合延迟是最具挑战性的糖尿病临床并发症之一，其与活性氧（ROS）的过量生成有关。光生物调节作用（PBM）可以从多方面促进创面愈合，可作为糖尿病患者创面延迟愈合的一种治疗方法。本文研究了PBM对高糖培养的人胚胎皮肤成纤维细胞（CCC-ESFs）活性氧稳态的影响，探讨了PBM对改善细胞氧化应激损伤的作用。首先体外培养CCC-ESFs，细胞被随机分为对照组（正常培养基和高糖培养基）和808 nm激光照射组（功率密度分别为10，20，40 mW/cm²，能量密度分别为1.5，3，6，12 J/cm²），对照组不照光。高糖造模48 h后进行激光照射，随后分别检测细胞的增殖活力、ROS含量、总超氧化物歧化酶含量、总抗氧化能力、线粒体膜电位和相关细胞因子表达量。结果表明：高糖环境降低了细胞的增殖活力，ROS含量显著增多，抗氧化能力下降，细胞凋亡增多；采用808 nm激光照射后，细胞的增殖效应没有得到明显改善，但细胞的ROS含量下降，抗氧化酶表达量出现上升趋势，促炎细胞因子表达量降低。这些结果表明，PBM可以修复高糖环境下产生的氧化应激损伤，调节炎症反应，促进创伤愈合。

扩散光学层析成像(DOT)是一种利用近红外光来探测生物组织光学结构的低成本、无辐射损伤、成像深度深的在体光学功能性成像技术。由于生物组织体自身需满足强散射、低吸收以及成像空间分辨率高等需求,因此DOT重建的逆问题具有严重的病态特性。传统的逆问题解决办法主要是基于代数迭代的重建方法,随着人工智能的发展及大数据时代的到来,深度学习研究掀起了一个新高潮,基于深度学习网络模型的逆问题解决方法逐步被用于DOT重建过程中。通过梳理传统的DOT重建算法,重点综述了最新深度学习用于DOT重建的研究进展,旨在为本领域相关研究团队提供参考。

近红外光谱的相对测量对实现人体血糖浓度的在体高精度检测具有重要意义。 离体检测中常用的相似背景扣除以及双光路设计等方法不适合人体的复杂背景变化， 而基于位置的参考测量方法被认为是有希望实现在体参考测量的方法之一。 因此课题组提出差动式浮动基准参考测量方法来实现在体的相对测量。 差动式浮动基准参考测量方法是一种具有普适性的参考测量方法， 在实际应用中面临着径向检测距离的确定和差动检测信号中有效信号提取的问题。 在差动式浮动基准参考测量方法的基础上， 提出了基于NAS（net analyte signal）-VIP（variable importance in projection）-SPXY（sample set partitioning based on joint X-Y distances）-PLS（partial least square）的差动浮动基准测量方法， 在离体实验中验证了该方法的可行性。 结果表明经过该方法处理后， 模型的均方根误差明显降低， 相关系数也有了一定的提高。 对该方法在人体实验中的有效性进行了研究， 结果也表明该方法处理后所建模型的精密度和准确性有了明显改善。

在近红外无创血糖测量中, 由葡萄糖引起的信号变化十分微弱, 极易受到人体背景、 测量仪器、 周围环境等变化的影响, 限制了无创血糖检测的精度。 针对这个问题, 提出应用浮动基准位置理论进行背景变异的校正。 但是由于个体的差异性与人体环境的复杂多变性, 浮动基准位置会因人而异。 通过对人体手掌三层皮肤模型进行蒙特卡洛模拟, 发现其在1 000～1 700 nm近红外波段的浮动基准位置基本处于距光源径向距离2 mm附近。 为了提高浮动基准位置理论在不同人体之间的适用性, 提出了一种近浮动基准参考测量方法, 即以径向距离2 mm处作为参考位置进行背景干扰的修正, 并通过仿体实验验证其效果。 选取与人体手掌皮肤模型的浮动基准位置较为接近的2%和3%浓度的Intralipid仿体溶液进行实验。 实验结果表明近浮动基准修正法可以消减光源漂移对测量结果的影响, 提高数据的重复性和稳定性; 同时通过对不同葡萄糖含量的2%和3%浓度的Intralipid溶液进行多次漫反射信号采集并建立葡萄糖浓度预测模型, 发现修正后的回归模型的预测均方根误差(RMSEP)分别降低了3851%~7998%和2972%~5222%, 说明该方法能够比较有效地消除两个测量位置处共同的背景干扰, 提高校正模型的预测精度。 仿体实验验证的结果, 为下一步近浮动基准参考测量方法的在体测量提供了有力的支撑。

提出了基于浮动基准位置的参考测量方法，有望实现血糖浓度的在体相对测量。基于定态漫射方程在半无限介质中的解析解，分析了浮动基准位置满足的函数关系式；基于Monte Carlo模拟方法，考察了三层皮肤模型在1000~1400 nm波段内浮动基准位置的分布情况，同时分析了吸收系数和散射系数、表皮层和真皮层厚度对浮动基准位置的影响；搭建了基于超辐射发光二极管光源的多环光纤束检测系统，初步验证了浮动基准位置在人体中的存在性。模拟结果表明，三层皮肤模型在1000~1400 nm波段内存在浮动基准位置且具有波长特性，散射系数变化对基准位置的影响大于吸收系数，表皮层厚度差异的影响大于真皮层。三位志愿者的在体实验表明，人体手掌在1050、1219、1314 nm处均存在浮动基准位置，位于径向检测距离1.25~1.75 mm之间，实验结果小于模拟结果，最大偏差达0.75 mm。该结果对指导浮动基准测量光纤探头的设计具有一定参考价值。