主要综述高分辨血管成像技术及其在生物医学领域中的应用，侧重评述适用于高分辨血管图像的定量表征方法。血管图像定量表征主要包括3个步骤：图像预处理、血管图像重建及定量特征获取、定量参数的统计学分析。同时，对每个步骤中所涉及的算法流程、准确性评估及后续算法的优化方向进行详尽的阐述。此外，探讨多种血管和血流参数所反映的生物学信息在临床上的参考意义，并结合具体的疾病场景，介绍多参数分析模型在区分不同疾病发展阶段方面的能力。本文的阐述不仅体现了高分辨血管成像技术及定量表征方法的潜在价值，也展示了它们在推进生物医学基础研究和临床诊断等方面的光明前景。

近年来，面向生物组织大深度光学成像的方法不断发展，其中包括光学相干层析、多光子成像和自适应光学等。介绍了浙江大学光电科学与工程学院近年来在生物组织大深度定量光学成像方面的一系列重要进展，包括光学相干层析结构与功能成像、基于三光子荧光显微的大深度脑血管成像和新型的畸变误差波前校正方法等，并进一步概述了如何对上述方法获取的光学图像实施定量表征以获取生物组织的生理与病理信息。

光学相干层析成像(OCT)能通过微型光纤探头实现人体内部组织和器官的三维结构或功能成像，在生物医学成像领域具有重要应用。本课题组提出并改进了基于大纤芯光纤的微型探头，同时通过调制大纤芯光纤的模式能量分布、模式相位差、模式干涉场的放大方式以及模式数量实现了出射光束的调控和成像性能的优化，以期同时获得较高的横向分辨率、较长的焦深和工作距以及较好的轴向光强均匀性。本文提出了相应的快速仿真方法，解决了模式数量多、模式干涉场复杂情况下探头参数的优化问题。仿真和实验显示，基于大纤芯光纤的探头能实现2～3.8倍的焦深拓展和2.1倍的工作距拓展，且在成像效果上相对于传统光纤探头有显著提升。由于具有尺寸小、成像质量好、结构牢固的优点，基于大纤芯光纤的探头在OCT内窥成像尤其是窄小空间内的高分辨率成像方面具有巨大的应用潜力。

小型化探头是内窥光学相干层析成像(Optical coherence tomography, OCT)中的普遍需求。介绍了包括基于球透镜、光纤透镜、自聚焦光纤、自由曲面透镜、无透镜的OCT技术的发展历程,总结和比较了各种技术的优劣,为探头的小型化设计提出了建议。研究探头的焦深拓展技术对分辨人体内细胞的在体成像的发展具有重要意义。介绍了几种重要的适用于小型化探头的焦深拓展技术,其中基于模式干涉的探头由于易于制作、结构紧凑、传输效率高,同时具有可以优化工作距离、焦深和轴向光强均匀性的优点,在拓展小型化探头的焦深方面具有一定的发展潜力。

光学相干层析显微成像(OCM)技术是一种使用相干探测的光学显微成像技术。OCM不仅具有光学相干层析成像技术(OCT)高轴向分辨、高信噪比、无需标记的优势,而且能通过高倍物镜获得高横向分辨能力,能实现微米量级的空间分辨率。首先介绍OCM技术的基本原理和实现方案,然后详细阐述OCM技术的原理以及在国际上的研究进展。针对OCM技术中如何实现超高分辨成像、焦深限制成像深度等问题,对目前该研究领域一些先进的OCM技术进行总结。OCM技术在生物医学、材料检测等领域具有广泛的应用前景。

纤维状结构是生物组织的一种基本结构形式。疾病的发生和演化常常伴随着纤维状结构空间取向的相应变化。对生物组织内纤维状结构空间取向的定量表征方法和主要应用进行了简单综述,着重介绍了空间取向信息在几种重要疾病模型中的研究进展,包括伤口愈合、骨关节炎、乳腺癌、腹膜癌扩散、脑损伤等,并在特定的人工组织模型中探究了组织结构与功能的关系。对生物组织纤维状结构的高灵敏、高精度描述,为研究疾病的发生和演化提供了新思路和手段,有望实现特定疾病的早期诊断和病理机制的深入理解。最后,对该方法的应用前景进行了展望。

表面等离子体共振(SPR)传感技术具有很高的折射率分辨率。但是其折射率分辨率对金属膜厚度非常敏感，影响了SPR传感器的适用性。使用一种叫做“偏振干涉”的技术，来减小光谱型SPR传感器的折射率对金膜厚度的敏感性。实验结果表面，偏振干涉能够降低SPR光谱的最小值，提高使用非最佳金属膜的SPR传感器的折射率分辨率。金膜厚度在28.16~54.38 nm范围内变化时，系统的折射率分辨率达到3.9×10-7~8.1×10-7RIU(折射率单位)。

为了克服目前生物芯片荧光检测方法中诸如系统结构复杂、检测速度慢、灵敏度低、成本高等缺点，提出了一种新型生物芯片荧光检测方法——线扫描准共焦荧光成像法，并搭建了初步原理性装置。用线扫描代替共聚焦中的点扫描，将二维扫描变为一维扫描，在保持高灵敏度的同时，增加了探测速度，简化了系统，降低了成本。为了验证方法的可行性，使用搭建的原理性装置对手工点样的低密度DNA生物芯片进行了荧光成像检测。实验结果显示，系统的空间分辨率＜18 μm，在使用像素平均法降噪后，测量浓度为0.03 μmol/l的探针溶液所得信噪比为5.5×102。这项技术综合了面成像检测方法的低成本、结构简单的优势和点共焦方法具有的高分辨率的优点，适合在实验室中对生物芯片进行检测研究。