针对过渡区近红外激光（1.25~1.40 μm）开展长时间照射眼损伤效应研究，以评估激光安全标准规定的最大允许照射量（MPE）能否保证眼安全。照射光源为连续输出的1.319 μm激光，光斑直径为20 mm，角膜辐照度为1 W/cm²（MPE值）。实验动物为青紫蓝兔，设置1个对照组（N）和4个实验组（A、B、C和D），实验组激光照射时间分别为50、100、200、400 s。结果显示：50 s照射未造成眼损伤，100~400 s照射造成角膜、虹膜、睫状体和晶状体损伤，但未造成视网膜损伤；随着照射时间延长，眼损伤程度加重，角膜表面温度升高。本研究表明，1.319 μm激光以MPE水平长时间照射可造成眼损伤，保障眼安全的照射时间不应超过50 s。

靶向肿瘤微环境是癌症治疗中的前沿方法。在靶向肿瘤微环境的研究过程中，实现肿瘤微环境可视化是研究的关键。利用无标记的多光子显微成像技术对脑膜瘤微环境进行研究。结果表明，多光子显微技术不仅能实现肿瘤微环境的可视化，而且在结合图像分析技术后，还可以自动检测血管和胶原纤维，并准确评估它们的密度和分布。随着光纤技术和多光子内窥镜技术的发展，多光子显微镜有望成为研究靶向肿瘤微环境治疗方法的有力成像工具。

蒙特卡罗（MC）法在生物组织光传播模拟中被广泛应用。传统的基于结构化网格的蒙特卡罗（VMC）法计算速度快，但在处理复杂曲面界面时存在较大误差。然而，基于非结构化四面体网格的蒙特卡罗（TMC）法则对复杂曲面的适应性较好，但计算成本较高。分析了VMC与TMC两种蒙特卡罗方法在不同条件下的适用性及误差情况。计算结果显示：当曲面界面两侧折射率差异较小时，VMC的计算结果与TMC接近；但当曲面界面两侧折射率差异较大时，VMC的计算误差会显著增加。为解决这一问题，提出了一种基于坐标变换的修正方法，对VMC的计算结果进行优化。修正结果显示，经过坐标变换后，VMC的误差显著降低，尤其是在光子穿越复杂界面时，其计算结果与TMC趋于一致，最大误差可从51.3%降低至3.9%。此外，通过糖尿病视网膜病变激光治疗的实际案例验证了该方法在复杂光学场景中的有效性。实验结果表明，修正后的VMC不仅显著减少了伪影，还在计算效率和精度之间取得了良好的平衡，为激光治疗和光学诊断提供了可靠的模拟方法。

实时荧光定量聚合酶链式反应（PCR）是传染病核酸检测的金标准，在临床诊断等方面至关重要。但在进行PCR检测时，耗材规格的变化会干扰荧光信号的采集，而且传统的人工对焦存在诸多弊病，如操作繁琐，需要频繁校准，效率低，劳动强度大，耗材高度微变时图像采集精度差，难适配多规格耗材。本研究以开发适用于多规格耗材的成像式荧光检测方案为目的，成功设计了一种光学自适应检测装置并开发了自动对焦算法，该算法主要包含粗校准、细校准和水平校准3个步骤。粗校准通过特定的光学检测手段初步确定大致的对焦范围；细校准借助图像分析技术，结合二分查找法快速缩小对焦搜索范围，并运用模拟退火算法优化对焦过程，避免陷入局部最优解，从而精准地找到最佳对焦位置；水平校准则通过专门设计的水平检测机制确保图像质量的均匀一致。经实验验证，此装置与算法可以有效满足荧光 PCR 系统多规格耗材自动对焦的要求，相比传统的手工对焦提升了效率与精度，为相关检测的成像环节提供了有效的解决办法。

激光热疗在治疗鲜红斑痣及皮肤血管病变中展现出了广阔前景。为突破临床治疗中依赖医师经验、缺乏量化评估方法的局限，本研究探索了激光治疗前后皮肤结构的定量无创检测方法。采用皮肤反射光谱测量技术与蒙特卡罗辐射反方法，对11名鲜红斑痣患者进行了临床研究。通过测量并计算激光照射前后的表皮厚度、黑色素体积分数、血液体积分数及血氧饱和度等参数，量化评估了治疗效果。结果显示：激光治疗反应可分为血管漂白、血管收缩和无明显效果三类，其中血管漂白效果最佳。儿童因皮肤较薄、黑色素含量低，相比成年人治疗效果更优。本研究表明，反射光谱测量技术与蒙特卡罗辐射反方法相结合有望成为临床治疗效果在线监测的有效工具，助力医生优化激光参数，提升治疗效果。

光声光谱作为一种基于光声效应的吸收光谱分析技术，检测物质在光激发下产生的声波，可用于分析固、液、气不同形态的样品，特别是吸收较弱的生化分子或散射较强的生物组织，因此受到生物医学领域的广泛关注。介绍光声光谱的基本原理及其系统核心器件的最新进展，分析并总结其在血糖与血氧、生物疾病标志物、人体呼吸/释放气体检测等生物医学应用方面的技术优势与面临的技术挑战。随着光声光谱技术在灵敏度、响应速度、体积与成本等关键参数指标上的不断优化，未来有望为家庭健康监测、床边诊断、疾病早期筛查等多个领域提供新的技术解决方案。

我国是眼病大国，糖尿病性视网膜病变、黄斑变性等眼底疾病对视力威胁巨大。临床上眼底疾病通常可通过基于激光的光热效应进行治疗。然而，在具体治疗过程中，激光参数选取不当往往导致超过一半的病例出现视力损伤等。因此需要构建激光热疗视网膜疾病的传热模型以辅助医生进行激光参数选取。以往的眼球传热模型在多方面进行了简化，无法准确模拟激光治疗中从宏观全眼到微观眼底的多尺度眼内传热过程。构建了基于真实结构的多尺度全眼耦合生物传热模型，并将眼底各个结构复杂的多组分薄层假设为多孔介质，建立了对应的非平衡两温度方程。通过将Pennes生物传热方程与两温度模型相结合的方式，实现了不同时间尺度下眼底视网膜激光手术传热过程的模拟。本模型为激光眼底手术的参数选取提供了依据，可提高激光治疗眼底疾病的效果并减少并发症，具有重要的学术意义和临床应用价值。

光动力治疗（PDT）是一种高精准、低毒和微创的新兴治疗手段，其通过光敏剂（PS）在光照下产生的具有细胞毒性的活性氧（ROS）杀伤靶细胞。然而，光敏剂多具有极度疏水的平面共轭结构，因此在治疗后往往需要相对较长时间才能降解或从体内排出，进而导致潜在的毒副作用，阻碍了它的临床应用。本文聚焦于提高光敏剂在光动力治疗后的生物安全性，并结合代表性示例，详细介绍了通过合理的分子设计来提高其代谢或降解性的策略，以及该领域所面临的机遇和挑战。

飞秒激光小切口角膜基质透镜切除术（SMILE）是一种先进的角膜屈光手术，其以微创、无瓣、小切口的特点而受到广泛关注。现阶段对SMILE术后角膜弹性变化的定量研究存在争议。本研究旨在利用有限元法定量分析矫正屈光度及角膜帽厚度对光学相干弹性成像（OCE）测量的角膜弹性参数的影响。有限元结果表明：随着矫正屈光度从0 D（1 D=1 m^-1）变化到-6 D，杨氏模量的模拟值增大了192.26%；当角膜帽厚度由80 μm增大到160 μm时，杨氏模量的模拟值增大了11.66%（-3 D）和13.07%（-6 D）。OCE实验结果表明，矫正屈光度为-6 D时的杨氏模量测量值相较于-3 D矫正屈光度时增大了94.55%。有限元分析与OCE实验结果均显示，矫正屈光度与SMILE术后角膜杨氏模量呈正相关。此外，术后角膜弹性模量随角膜帽厚度的增加而增大，但角膜帽厚度对弹性模量的影响但远小于矫正屈光度对弹性模量的影响。利用有限元法可以实现角膜弹性的精准量化，这不仅可为临床表征弹性模量提供参考，还可为实验测量角膜弹性提供理论指导。

在生物医学领域中，传统龋齿治疗通常依赖于牙齿磨削机。然而，钻头的高速摩擦会产生显著的热效应，导致牙齿表面遭受不可逆损伤。因此，采用飞秒激光直写加工技术，替代传统磨削机用于龋齿治疗。利用飞秒激光的高度可控性和灵活可编程性，研究了激光扫描功率、速度及次数对牙齿表面孔洞特性的影响。结果表明，飞秒激光的扫描功率和次数与孔洞深度及底部粗糙度呈正相关，而扫描速度与其呈负相关。实验结果证实了飞秒激光在去除坏死牙组织方面的可行性。研究结果为激光在龋齿治疗方面的应用提供了手段，促进了对激光与牙齿相互作用机理的深入理解。