血氧传感器作为可穿戴设备的重要组成部件，其关键参数（探测效率、均匀度等）直接影响设备的性能指标。基于TracePro仿真平台开展血氧传感器仿真设计，优化光传播信号。构建符合Beer-Lambert定律和Henyey-Greenstein散射函数的多层皮肤组织模型，探讨光线受吸收和散射影响下在各皮肤组织的传播规律及差异。针对血氧传感模组，模拟光源的光谱、空间光分布、探测器的光谱-角度响应特性。开展多通道模组设计，以光通量、光照均匀度为评价指标，优化探测器空间排布、探测距离、中心距、光窗、消杂光结构等设计。构建恒角度、变角度菲涅耳透镜表面，对比菲涅耳透镜表面各参数对空间光分布的影响，使用变角度菲涅耳透镜优化模组，对比优化前后光信号传输情况。结果表明，优化后探测效率最高提升约27%，光照均匀度可提高至94.45%。

为了提高脉冲激光通过宫腔镜的能量，采用相关软件设计了3种透镜耦合方案来提高耦合效率，进行了理论分析和实验验证。结果表明，耦合效率约提高了14%，脉冲激光通过该耦合模块后能取得较好的光声成像效果。该方法可作为辅助工具应用于临床中子宫内膜等疾病的检测，有望提高光声成像技术在子宫内膜的应用。

随着医学检验对核酸检测技术要求的不断提高，现场检测（POCT）已经成为该领域的研究重点和难点。为了规避目前使用的POCT核酸检测仪器的缺点，构建了一种直轴型多通道光学检测系统，兼顾实现了多通道核酸实时荧光检测与即地即检。首先，基于正交式几何关系搭建了光路；然后，设计了一种新的直轴型多通道集成与切换装置以实现多个荧光检测通道的实时切换；最后，通过仿真验证了光路设计的有效性，并将本系统集成于自主设计的聚合酶链式反应装置上，以新型冠状病毒标准品进行了实时荧光检测实验。实验结果显示：本系统的变异系数最小可达0.02%；通道分辨率最低可达0.49 μg/mL，且没有通道串扰。同时，拥有良好的现场检测能力，可以配合仪器完成“样本进、结果出”的现场检测，为核酸POCT的多通道实时荧光检测提供了一种新思路。

MicroRNA（miRNA）是癌症等重大疾病检测过程中一类非常重要的标志物。定量实时聚合酶链式反应由于逆转录限制主要存在扩增偏差大的问题，Northern印迹杂交存在灵敏度低的不足，下一代测序和单分子阵列技术兼有检测限低及灵敏度高的优势。然而，扩增偏差大或缺乏简化的工作流程不利于即时点对点医疗诊断、治疗以及预后。基于此，提出一种基于单分子检测原理的miRNA检测方法。首先，依据泊松分布，利用三明治夹心结构形成复合物，链霉亲和素-poly-HRP与酪胺-Alexa Fluor 488分子通过催化沉积的方式生成并放大信号；然后，运用纤维蛋白水凝胶而非微流控芯片固定复合物；最后，进行单分子计数处理，通过样点寻址、样点筛选、图像重合及信息提取等4个步骤识别并统计阳性点个数，从而实现miRNA超灵敏定量检测。以人类miR-21为检测对象，检测下限是6 fmol/L。该方法在体外诊断检测miRNA方面有较好的潜在应用价值。

通过混沌相关光纤环衰荡传感系统实时监测氧化石墨烯沉积过程，并采用氧化石墨烯功能化锥形光纤作为传感元件对血红蛋白传感进行了实验研究。通过实时监测氧化石墨烯对锥形光纤功能化过程中衰荡时间的变化，分析了功能化过程中锥形光纤表面羟基化、硅烷化和氧化石墨烯沉积对光传输损耗的影响。通过扫描电子显微镜对氧化石墨烯功能化锥形光纤效果进行检测。研究了不同浓度的氧化石墨烯功能化锥形光纤作为传感元件时对血红蛋白传感灵敏度的影响，实验结果表明：与未功能化锥形光纤相比，使用氧化石墨烯功能化锥形光纤进行血红蛋白传感，灵敏度提高了一个数量级。在功能化过程中，氧化石墨烯浓度将影响功能化后锥形光纤的传感灵敏度，且随着浓度的增加传感灵敏度增强。该研究成果有望在生物传感领域得到应用。

为提高放疗的治疗精度，需要实时监测放疗中患者病灶区域的位移。针对放疗过程中患者体表被热塑膜遮挡的特点，通过标志物的材质、形状等设计，最大限度地减少热塑膜遮挡对标志物定位精度的影响。首先根据标志物的颜色特征分割出热塑膜遮挡下的标志物并用凸包算法计算标志物的外轮廓；其次采用改进的最小二乘椭圆拟合算法拟合标志物外轮廓上的点并定位标志物；最后，基于标志物的位置特征匹配标志物并计算患者的位移值。通过搭建模拟实验平台多次实验，验证了该方法测量患者位移的精度是0.2 mm，帧频可以达到30 Hz，可以满足放疗中位移监测的实时性和精度要求。

为了更有效地实现3D光声层析成像，利用聚焦超声换能器探测环形光源激发的光声信号，采用滤波反投影算法进行光声图像重建，最后使用Volview软件对不同断层的重建图像进行3D组建，得到了模拟血管和碳棒的3D图像。仿真和实验结果表明，通过该方法构建的3D图像分辨率高、对比度好，图像与实物十分吻合。实验所用的光源为YAG激光器，波长为780 nm，重复频率为10 Hz，脉宽为16 ns，探测器为圆柱形凹面聚焦超声换能器，接收面积的直径为3 cm。

基于金纳米颗粒薄膜基底和金纳米棒薄膜基底，使用表面增强拉曼光谱（SERS）技术对环丙沙星（CIP）的含量进行了分析检测，为食品中CIP残留检测提供了新方法。通过使用柠檬酸钠还原氯金酸制备金纳米颗粒胶体，以及通过晶种生长法制备金纳米棒胶体，以应用于SERS增强基底。通过不同激发光波长对CIP进行SERS检测，确定了最佳激光波长为780 nm。使用校正集CIP标准溶液，建立CIP浓度-SERS信号强度的工作曲线，使用检验集样本观察工作曲线的预测能力。结果表明：使用金纳米颗粒基底进行CIP的SERS检测，回收率在97.1%~105.0%；使用金纳米棒基底进行SERS检测，回收率在96.3%~121.8%。因此，SERS在检测CIP抗生素领域具有高灵敏度、快速检测等优势。

图像配准广泛应用于图像引导的肺肿瘤放射治疗，但现有算法对形变较大的图像配准效果不佳。针对该问题提出一种算法利用多尺度并行下采样模块缩减图像大小，得到多尺度低分辨率特征图；并采用金字塔空洞卷积模块提取图像特征，以提高模型的感受野。该算法通过自适应通道注意力模块调整神经网络对不同形变特征的偏重，以解决模型偏重于较大形变而对小形变配准效果不佳的问题；同时在损失函数中加入平滑性约束来提高形变场的平滑性；并通过对训练样本数据扩增的方法提高算法模型的稳定性和泛化性。在DIR-lab、Creatis数据集测试中，提出算法的目标配准误差（TRE）分别为1.71、1.50 mm，而全卷积神经网络（FCN）算法的一次迭代TRE分别为2.83、2.01 mm，实验结果表明提出算法的TRE明显小于FCN算法，且其泛化性和稳定性也较好。

肝脏分割是计算机辅助肝脏疾病诊断、治疗和手术的重要步骤，提出一种基于空间模糊C均值和图割的CT图像肝脏分割方法。首先，为去除毗邻器官和组织对肝脏分割的影响，采用阈值、投影和三维区域生长法从原始CT图像中去除脊柱、肋骨，接着采用K-means聚类和二值形态学重建方法去除右肾。然后，采用空间模糊C均值从初始切片中分割肝脏，再结合CT切片的空间、形状和灰度特性运用图割算法迭代分割剩余切片。最后，根据形态学操作和解剖学知识去除肝脏分割结果中的下腔静脉区域。实验结果证明，与其他同类方法相比该方法可获得更好的分割效果。