全脑介观神经联接研究是解析脑认知功能的神经输入输出环路结构基础、普查基因表达与细胞类型，以及绘制全景立体脑图谱的科学前沿。光学成像方法在横向方向能够达到亚微米的分辨率，并可通过多种手段实现“光学切片”的效果，具备在介观水平观测神经环路的天然优势。基于组织透明或机械切削的自动化全脑显微光学成像方法，突破了光学成像在生物组织中成像深度的限制，具有在大范围内提供介观水平精细观察的技术优势。结合各类生物样本荧光标记技术，全脑显微光学成像方法在神经环路的结构和功能的研究方面有着巨大潜力，已成为剖析全脑神经及血管网络的最佳方式。为了更全面地了解和认识这种有力的工具，总结了近年来发展的各类全脑显微光学成像方法，并展望了未来的技术发展。

荧光分子层析(FMT)成像是一种具有深度分辨能力的宏观光学成像技术，可定位和量化生物体内的荧光分子探针，在蛋白质相互作用研究、药物作用机制解析以及肿瘤治疗效果评价等方面具有巨大的应用潜力。然而，FMT的一个关键挑战是其逆向问题具有高度病态性，这意味着图像重建对测量噪声及各种数值误差非常敏感。要获得良好的图像重建结果，除了尽可能提升系统的性能以减小测量噪声外，还主要取决于两个方面：一是提高正向问题求解的精度以降低数值误差；二是缓解逆向问题的病态性使其抗噪声能力更强。本综述介绍了目前FMT图像重建在这两个方面的研究进展。

双光子荧光显微成像是一种非线性光学显微技术，具有高空间分辨率、高信噪比和固有的三维层析分辨能力等优点。传统的双光子荧光显微成像通常使用波长可调谐的100 fs超短脉冲激光器作为激光光源。目前，人们对双光子荧光显微成像方法进行了深入研究，改进光源及探测方法是常用的手段。介绍和总结了多色双光子荧光显微成像技术的近期研究进展及其在生物医学中的应用。首先介绍了传统飞秒激光器及光学参量振荡器在多色成像中的应用，然后对光纤超连续谱在多色显微成像中的应用进行了分析，最后简要说明了增强自相位调制效应产生连续光谱以及选择性激发实现多色成像的工作。多色双光子成像技术不仅可以同时获取含有多种荧光团的待测样品的高对比度双光子荧光图像，而且具有系统结构简单、操作简便等优点，这使得其在生物医学和材料科学等领域具有广阔的应用前景，并且为生物医学诊断与研究提供了一种有效的工具和平台。

在高分辨光声显微成像系统中，只有在有限焦深范围内的吸收体可以获得高分辨率高信噪比的成像，而实际的生物组织往往具有不规则的轮廓，导致成像结果分辨率和信噪比不均匀。提出了一种基于稀疏扫描轮廓的滑动焦点光声显微成像方法，首先在固定的焦点上稀疏扫描轮廓，人工选择轮廓点获取轮廓的稀疏矩阵，然后通过双调和(Biharmonic)插值获取完整的轮廓矩阵，并将轮廓矩阵转化为焦点位置移动矩阵，最后进行二次扫描，根据焦点位置移动矩阵在每次扫描之前调整焦点位置，使得在整个扫描过程中，样品始终处于焦深的范围，从而获得分辨率和信噪比均匀的光声显微图像。通过模型实验和在体皮下血管成像、颅下血管成像，证明了该方法可以有效地提高光声成像的质量。

光学分子成像是在复杂生物体中同时描述多种分子和细胞功能的最佳手段。作为机体发挥防御、监视和自稳功能的免疫系统，研究者们正面临着如何将其作为一个真正的系统来研究的挑战。免疫光子学是指基于光子学原理和方法的活体免疫光学成像和免疫光子治疗。以多光子激发显微成像和光声层析成像为代表的高时空分辨活体成像技术，以荧光蛋白为代表的活体长时程标记方法，使得光学分子成像成为引导免疫学研究走向系统化与可视化道路的主力军。本文从免疫学的特点出发，介绍活体光学成像技术和分子探针的发展，综述其在免疫学研究中的应用，并展望免疫光子学今后的发展方向。

复杂生物组织中光传输的精确模拟一直是组织光学的研究热点。利用新近发布的光在体素化三维结构组织中传输的蒙特卡罗模拟软件(MCVM)，采用目前国际上分辨率最高的人体结构数据集，模拟光在人体前臂组织中的传输，得到了组织中光吸收量的分布信息和空间分布特征，探讨了前臂组织的三维解剖结构对光传输和分布的影响。结果显示，三维解剖结构对光传输和分布有显著影响；相比于前人普遍采用光在多层组织中传输的蒙特卡罗模拟软件(MCML)和层状模型所得的模拟结果，能更真实地反映光的传输和分布。该研究可为光动力疗法(PDT)、红外疗法等光保健与治疗技术提供定量的参考信息，具有一定的临床价值。

以激光散斑衬比分析为基础的激光散斑成像技术, 是一种无需扫描的全场光学成像方法, 在监测生理及病理状态下组织血流动态变化中的应用日益广泛。在实际应用中, 像面散斑平均尺寸等多种因素影响散斑衬比值, 使得该技术在反映血流变化的准确性方面受到影响。采用一种成像散斑计算机模拟方法研究了像面散斑平均尺寸对成像散斑统计特性的影响, 分析了成像参数与像面散斑尺寸的定量关系, 并通过物理模型实验对模拟结果进行了验证。研究结果确认了合理的像面散斑平均尺寸计算公式, 证实了散斑衬比值随像面散斑平均尺寸增大而减小的现象, 并为确定合理的成像参数提供了依据。