恶性肿瘤长期威胁人类健康，肿瘤早期检测和治疗是提高恶性肿瘤患者生存率的重要途径，但传统的临床诊断中凭借CT、MRI、PET等成像技术难以检测微小病灶。

新兴的分子影像技术利用特异性分子探针，在活体状态下对生物及生理过程进行细胞分子水平的定性和定量分析，有望成为肿瘤早期检测的有效工具。

其中，光学分子影像技术由于无辐射、性价比高、成像过程简单等特点，已成为肿瘤早期检测及肿瘤细胞在体定量分析等领域的研究热点。

但光学分子断层成像是一个高度不适定逆问题，生物组织解剖结构的复杂性，光在生物组织中传输的高散射特性、以及表面测量信息的有限性等，使得光学分子断层成像重建方法的准确性、稳定性和生物学验证仍然面临着巨大的挑战。

准确的组织解剖结构信息、精准光学分子断层成像方法、有效的生物学验证技术是光学分子断层成像技术走向应用的必要条件。

本项目在国家自然科学基金、教育部高等学校博士学科点专项科研基金、陕西省科技计划、陕西省自然基金、陕西省教育厅科技计划等项目支持下，研究针对光学分子断层成像技术面临的亟需解决的挑战性难题：光学探针和光穿透深度限制问题，光在具有复杂结构和光学特性的组织中的传输模型构建问题，异质模型不完整测量数据下的成像准确性问题，光学分子断层成像方法的生物学验证问题。

项目经过多年的探索与研究，提出了一套创新性的成像理论与方法：基于放射荧光成像的新型光学分子成像方式，基于辐射传输方程高阶近似模型的自适应有限元重建策略，基于压缩感知理论的光源稀疏重建算法，以及多模态成像生物学验证技术。

这些研究为推动光学分子断层成像应用于肿瘤早期诊断等应用奠定了理论和方法基础。

本成果围绕光学分子断层成像技术及其应用研究，相关成果发表在IEEE Transactions on Medical Imaging、IEEE Access等工程类期刊，Biomedical Optics Express、Optics Express、JOSAA等光学类期刊，Journal of biophotonics等应用类期刊，共发表SCI论文41篇，被引710余次，单篇最高引用达141次（Google Scholar），代表性SCI检索论文15篇，含SCI JCR 2区4篇; 授权国家发明专利3项、计算机软件著作权4项。

2014年发表在Journal of Innovative Optical Health Sciences的论文连续两年入选该期刊的"Most Cited"和"Most Read"文章列表。

2015年发表在Biomedical Optics Express的论文，位列2015年以来国际上该领域文章引用率排名第5位，该研究有效地提升了光学分子影像的分辨率。

2018年发表在JOSAA上面的文章被该期刊评为"Highlighted Articles"。

本项目提出的多种成像方法已经成功被该领域其他研究团队成功应用于X射线发光断层成像、荧光分子断层成像、契伦科夫荧光断层成像等不同的分子影像模态中。

研究成果得到AAPM Fellow John W. Wong，Biomedical Optics Express副主编Xavier Intes，IEEE、AIBME、SPIE Fellow骆凊铭，Journal of Biomedical Optics主编Brian W. Pogue等国内外同行的广泛关注，相关成果在Medical Physics、OSA等网站也进行了报道。