Optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) has been shown to be an excellent tool for high-resolution imaging of microvasculature, and quantitative analysis of the microvasculature can provide valuable information for the early diagnosis and treatment of various vascularrelated diseases. In order to address the characteristics of weak signals, discontinuity and small diameters in photoacoustic microvascular images, we propose a method adaptive to the microvascular segmentation in photoacoustic images, including Hessian matrix enhancement and the morphological connection operators. The accuracy of our vascular segmentation method is quantitatively evaluated by the multiple criteria. To obtain more precise and continuous microvascular skeletons, an improved skeleton extraction framework based on the multistencil fast marching (MSFM) method is developed. We carried out in vivo OR-PAM microvascular imaging in mouse ears and subcutaneous hepatoma tumor model to verify the correctness and superiority of our proposed method. Compared with the previous methods, our proposed method can extract the microvascular network more completely, continuously and accurately, and provide an effective solution for the quantitative analysis of photoacoustic microvascular images with many small branches.

随着我国社会经济的发展及国人饮食、生活习惯的改变, 糖尿病的发病率呈逐年上升趋势。糖尿病视网膜病变(Diabetic Retinopathy,DR) 作为糖尿病最为常见的并发症, 已成为视力下降甚至致盲的主要原因之一。通过对其早期诊断和及时治疗, 超过50%的患者的视力损伤及致盲可得到预防。因此, 研究DR的诊断和治疗方法具有重要的临床意义。由于眼部的结构及光学特性, 生物医学光子学技术在DR的临床诊断和治疗中已得到了非常广泛的应用并且具有巨大的发展前景。本文综述了目前临床上用于DR诊断和治疗的主要生物医学光子学技术的原理及其最新应用进展, 并分析对比了各个技术的特点, 最后总结并展望了生物医学光子学技术在临床DR诊断和治疗的发展趋势。

为了提高荧光超分辨显微技术的时间分辨率，提出了各种高密度荧光分子定位算法。对基于压缩感知模型的凸优化(CVX)工具箱的内点算法、同伦算法以及正交匹配追踪(OMP)算法的重构密度、定位精度、定位时间进行比较。模拟结果表明，CVX方法和同伦算法能够在高密度情况下实现精确定位，OMP算法与同伦算法运行时间比CVX算法短，但OMP算法在高密度的情况下定位精度相对其他2种算法明显下降。实验结果表明，3种算法都能实现高密度的荧光分子定位，CVX方法和同伦算法具有较好的重构效果；在500幅图像重构中，同伦算法与OMP算法的速度相比于CVX算法分别提高了14.9倍和21.2倍，大幅度缩短了重构时间。

针对具有复杂形貌的大面积组织体，基于空间频率域方法，提出并搭建了一种具有在线形貌矫正能力的绝对光学参数测量系统.首先利用相位轮廓术获取组织体三维表面轮廓，用余弦辐射公式法矫正由组织体表面复杂形貌引起的光照度的差异.然后，采用漫反射板代替传统方法中的参考仿体，基于空间频率域测量模式进行绝对光学参数测量，并利用提出的光学参数反演方法实现组织体吸收系数的重建.组织仿体实验结果表明，对于表面高度小于29 mm的仿体，经矫正后，吸收系数的测量相对误差从60%下降到13%.

为降低近红外脑功能漫射光断层成像(DOT)固有的逆问题病态性, 并避免多模态方法的图像配准等问题, 提出了基于光学自导引提供先验功能信息的脑功能DOT方法(OT-DOT), 并发展了图像重构方法.模拟验证表明: 上皮厚度(TLT)已知时, OT-DOT获得的重构量化度(QR)约为传统DOT的4.2倍; 当TLT的估计误差小于±10%时, OT-DOT重构的QR值可达92%以上, 远远优于传统DOT; 噪声鲁棒性测试表明, OT-DOT与传统DOT的噪声鲁棒性相近.利用连续光DOT测量系统的仿体实验重构结果表明, 所发展的OT-DOT算法获得的重构结果优于传统DOT算法.

提出一种基于光学相干层析成像(OCT)技术的水凝胶三维打印精准控制方法，利用OCT在线定量评价，通过迭代降低设计与打印间形态差异，提高了水凝胶打印的可控性和稳定性。实验结果显示，该方法能够准确地定量表征水凝胶三维打印支架的结构特征，并基于OCT表征结果的相关函数精准控制打印，使得支架平均孔隙尺寸与设计值的偏差从30%降低到2%。研究表明OCT技术可为组织工程中支架设计与表征、三维生物打印过程控制等提供具有潜力的精准化工具。

从定量的角度评价高渗制剂与组织光学特性参量改变的关系.利用FT-IR红外光谱仪与双积分球系统, 对离体猪皮组织在促渗剂二甲基亚砜与噻酮作用下的光谱进行测量, 并运用逆倍增方法计算得到组织的光学参量.结果表明: 离体猪皮组织的光学特性参量(吸收系数和散射系数)随着高渗制剂作用时间的增加明显减小, 光在组织中的穿透深度增加.由此可知猪皮组织的光学特性参量在两种促渗剂作用下随时间发生了动态改变, 且噻酮具有比二甲基亚砜更好的清透效果.