相比于细胞、 组织等其他病理诊断样品, 血液样本更易临床采集, 其生化构成变化常表现于医学影像学检测到的临床症状出现之前, 更有利于实现恶性疾病的早期筛查与诊断。 拉曼光谱（RS）技术, 具有快速、 无标记、 无损、 非侵入等检测优势, 且可获得特异性的生物分子结构和物质组成信息, 在临床血液样品（血浆、 血清）的癌变诊断检测中具有重大的应用前景。 本工作采用显微拉曼光谱检测技术, 在分析不同病变阶段（健康, 早期癌变和晚期癌变）乳腺癌血清样品生化组成信息基础上, 结合主成分分析（PCA）与线性判别分析（LDA）、 支持向量机（SVM）和偏最小二乘算法（PLS-DA）等多变量光谱分析手段, 构建光谱特征归类鉴别模型; 并采用留一交叉验证方法（LOOCV）评估、 比较这些模型的灵敏度、 特异性和准确率, 探索基于血清拉曼光谱的乳腺癌诊断方法。 研究工作在观察血清类胡罗卜素成分共振拉曼光谱现象基础上, 进一步分析了乳腺癌病理演进过程中血清样品蛋白质与脂类光谱特征变化。 此外, 利用多种光谱数据模型, 在提取、 识别更具代表性的分子光谱特征信息后, 实现了较为准确的血清特征光谱信息鉴别分析。 其中, PCA-LDA模型的分类准确率达99%; PCA-SVM（三个内核函数: 线性核、 多项式核及RBF核）模型中, 当线性核函数PCA-SVM模型误差惩罚参数C为0.003时, 其在测试集中的分类准确率为92%; 当RBF核函数PCA-SVM模型参数C和参数γ分别为0.125和256时, 其在测试集中的分类准确率可达到了最高94%; 当多项式核函数PCA-SVM参数C为0.003、 多项式阶数d＝1时, 其在测试集中的分类准确率为92%; 然而, PLS-DA模型的分类准确率仅为80%。 这些实验分析结果, 从光谱特征的角度描述了不同病理条件下血清的物质构成信息, 更为拓展血清拉曼光谱分析技术在乳腺癌早期筛查与病理分期分级中的应用范畴, 奠定了一定实验与理论基础。

扩散拉曼层析成像(DRT)结合了拉曼光谱的分子指纹特性和扩散光学层析成像的深度分辨能力，是一种新型的无标记在体三维光学成像技术。提出一种基于蒙特卡罗光子输运模型的DRT可行性研究方法，该方法应用互易原理建立了快速有效的拉曼数据模拟器，可对实验条件下不同信噪比的拉曼测量数据进行客观模拟，同时结合扩散荧光层析线性成像原理，实现多波段下薄层组织的拉曼光谱分析。通过开展178个波段下5种物质成分的薄层组织模型的模拟重建研究，表明线性DRT图像重建方法能有效构建多种成分浓度的三维空间分布。

彩绘文物的颜料分析在文物分析中占据重要的地位, 在实际的应用中有多种手段用于颜料的分析鉴定, 这些分析手段各有其优缺点, 其中偏光显微分析(PLM)和拉曼光谱分析(RM)由于取样少、速度快、制样简单、灵敏度高等优点而在实际分析中广泛应用。本文通过对西藏采集的壁画颜料样品进行偏光显微分析、对四川广元千佛崖的绿色颜料样品进行拉曼光谱分析, 以此来系统阐述这两种分析方法在彩绘颜料鉴定中的应用。

为了在外周血中准确区分大小相近的网织红细胞和小淋巴细胞, 采用光镊与拉曼光谱结合的单细胞技术。研究发现大鼠血液中单个网织红细胞和小淋巴细胞的光谱形态相差很大, 主要体现在以下位置：1212, 1548, 1607, 1616 , 1001, 1661 cm-1(以上与蛋白质相关), 1584 cm-1(与核酸相关)。通过分析部分特征峰, 证明小淋巴细胞相对于网织红细胞而言, 所含有的核酸含量高, 蛋白质含量少。通过主成分分析和判别分析两种统计方法进行分析, 均可完全区分这两种细胞。通过上述分析, 得到了一种光谱学上快速、准确地区分外周血中网织红细胞和小淋巴细胞的方法, 同时也为在现代生物医学研究血细胞提供一种识别依据和手段。