2)在体光学成像新技术与应用研究。针对不同的研究对象和应用目标，发展各种新型的在体光学成像技术。例如：实现小动物体内深部目标探测的扩散光学成像方法；实现动物体内药代动力学和药理学过程的实时在体成像监测的相干域光学成像方法；实现对动物体内基因表达和分子间相互作用过程在体成像监测的多光子荧光等非线性光学成像方法；实现不同层次多参数测量的集成化在体光学成像系统；以及无须外源性标记的各类在体功能成像方法等。
3)数据处理、图像重建与可视化方法研究。在光学成像检测的基础上，还需要开展数据处理、图像重建与可视化方法研究。主要是根据光子传输规律和光学检测模式，对所获得的数据进行处理和可视化研究。
3.医学光学成像技术
1896年，伦琴发现了X射线，意味着医学影像的开始。X射线成像有非常好分辨率，而且穿透能力很强，但其弊病是有致癌作用，而且软组织间的对比度很小，因而不能实现功能成像。
在医学成像领域，为什么要用光学成像呢光学成像采用非致电离辐射，其光子能量约2eV ,因而没有致癌作用；光学成像可以在肿瘤和良性/正常疾患之间获得高的软组织对比度；光学成像可实现功能检测。从物理角度，光谱与分子结构有关，所以一旦人体组织发生分子水平的改变，就应该能观察到光学性质的改变；从生理角度，光学吸收与血管生成、细胞凋亡、坏死，过度代谢等有关；光学散射主要与细胞核大小有关：光学偏振与胶原蛋白有关。因此，光学技术可以量化一系列的生理参数，包括：血氧饱和度，总的血红蛋白含量，血流(Doppler)，胶原蛋白的方向性，胶原蛋白的浓度与变性等。
医学光学成像技术的发展与光子技术的进步密切相关。随着理论研究的不断深入和光子技术的不断发展，多种形式的光学成像技术正受到生物和医学领域的重视。
医学光学成像技术从理论上可分为扩散光学成像与相干域光学成像，前者成像深度较深，理论基础是光子输运方程的扩散近似，被检测的光学信号会在组织体内经历多次散射，如何建立散射信息与组织光学特性参数变化间的关系和提取散射信息是其关键；
后者成像深度主要在组织浅层，散射影响较小，如何避免散射和在强散射背景中提取有用的结构与功能信息是其关键。这两类技术分别涉及：
1)基于连续光、超快脉冲光、高频调制的连续光以及超声调制的光学层析成像技术; 2)光学弱相干层析成像和激光散斑成像。在生物医学光学成像中，还常用到荧光显微成像和直接反射式的光学成像等。从应用角度，可分组织光学功能成像和认知光学成像，前者泛指对组织功能状态的成像，后者则特指不同层次的脑活动与功能成像。
光学功能成像系指利用光学成像技术，如光学弱相干层析成像、激光散斑成像、扩散光学成像等，实现细胞或组织功能参数，如血氧含量、血容量、钙离子浓度等生理生化参数变化的成像监测或检测。针对不同的应用，通常又称为组织光学功能成像和认知光学成像。后者特指以探索神经信息处理机制为目标，在系统与行为、特定脑皮层区域和分子与细胞水平等不同层次的光学成像。从技术角度，除上面介绍的光学成像技术可实现系统与行为层次以及特定脑皮层区域层次
的功能成像外，在分子和细胞水平还要涉及到内源/外源信号高分辨光学成像和显微光学成像等技术。
光学功能成像的基础在于，光在组织或细胞中历经一系列吸收、散射后，由于生物体内的吸收因子和散射因子会对光子的传输产生调制，因而出射光中携带着与吸收和散射相关的组织生化信息。其中吸收主要源于组织体内的生色团，散射则主要与细胞核有关。生色团又可分为内源性生色团和外源性生色团。
例如，利用近红外光谱技术(NIRS，Near-Infrared Spectroscopy)实现生物光学功能成像的的基本原理如下。根据修正的Beer-Lambert定律，对于前后两个不同的生理状态，采用760nm和850nm两个波长可以测出HbO2和Hb的浓度变化为：
?cHbO2?O.D(?)?(?)?l?O.D(?)?(?)l??? (1) l?l?[?O(?)?(?)??O(?)?(?)]21aHb212aHb112aHb21aHb2aHb22aHb1l??O.D(?)?O(?)?l??O.D(?)?O(?)?c? (2)
[()()?()()]l?l??O????O???21aHb12212aHb21Hb12aHb2aHb2aHb22aHb1式中，l是光源和测量点之间的距离，O.D被称为光密度，
?a是不同波长时HbO2和
Hb的光吸收系数，单位通常为mMol?1cm?1
NIRS具有较高的时间分辨率，可对组织血流动力学参数的快速动态变化进行观测。透射式的脉搏血氧计己成功地用于动脉血氧饱和度的检测，但只局限在指尖和耳垂等有限部位进行测量。研制反射式NIRS来无损检测人体其它局部组织和器官中供血供氧状态变化及其空间分布已成为国内外研究的热点。
随着对组织光学特性参数的深入研究和相应图像重建算法的完善，通常使用阵列式的光源和探测器进行多通道检测，实现近红外光学成像。目前，这一成像技术现主要应用到婴儿大脑功能和乳腺癌早期诊断。
功能型近红外光学成像技术(FNIRI)以组织中的血容和血氧为信息载体，通过测量大脑皮层中血容、血氧的分布和变化情况来了解大脑的活动FNIRI在价格、便携性、易于使用以及对被试儿乎无干扰等方面有一定优势，因此正成为脑功能和神经活动过程研究的重要手段之一。
4.结论
生命科学的发展越来越依赖于技术的进步，特别是信息技术的进步。光电技术已经在生物医学领域得到重要应用，并对生命科学的发展产生重要影响。光电子技术不仅可用于医学诊断与治疗，为提高人类的生存质量做出贡献，而且在生命活动基本规律的研究中，光电子技术也可发挥重要作用。利用光电技术，可以从分子水平更好地实时在体监测基本生命现象和过程，为研究疾病的产生机理和发生发展过程，以及药物作用机理和药物研发等提供重要的手段。
生物医学光子学是新兴交叉学科。光子学技术为揭示生命活动的基本规律、临床医学诊断与治疗提供了新的技术手段和方法，另外，生命科学的发展，不断对光电子技术提出新的要求，这对于光子技术的发展、丰富光子学的研究内容，都有着积极的促进作用。
光电技术在生物医学中的应用一现状与发展
