現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷主要以影像學(xué)為基礎(chǔ)，從早期放射學(xué)的奠基開始到今天的數(shù)字化、分子水平時代，醫(yī)學(xué)影像處理經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)成像、功能成像直至分子成像等發(fā)展階段，形成了完整的學(xué)科理論體系。

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)成像手段（如CT、MRI）一直以來都為臨床疾病診斷與科學(xué)研究提供了豐富的信息，主要研究醫(yī)學(xué)影像分割、配準(zhǔn)、三維可視化，包括對病變組織進行快速提取及準(zhǔn)確分割，多模態(tài)圖像非剛性高精度配準(zhǔn)與融合，海量、高解析度圖像的實時三維可視化等。功能成像手段（如功能核磁共振成像fMRI、正電子斷層成像PET、單光子發(fā)射斷層成像SPECT）進一步提供了生理病理代謝變化的功能信息，特別是為大腦功能研究提供了很好的研究條件和手段。以早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療、個性化診治為目的分子影像，是近年來發(fā)展起來的新興熱點領(lǐng)域，各種手段如光學(xué)、核素、聲、磁等多種方法不斷出現(xiàn)，從科研到臨床都得到了迅速發(fā)展。

新世紀(jì)醫(yī)學(xué)模式從19世紀(jì)末、20 世紀(jì)初以細胞病理學(xué)為基礎(chǔ)的醫(yī)學(xué)模式，向以分子生物學(xué)、分子細胞學(xué)、分子藥理學(xué)以及現(xiàn)代計算機技術(shù)等為基礎(chǔ)的分子醫(yī)學(xué)模式轉(zhuǎn)變。隨著人類基因組測序的完成和后基因組時代的到來，從核酸—蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)分子間的相互作用關(guān)系分析疾病的發(fā)病機理、疾病早期的生物學(xué)特征，為疾病發(fā)生的早期檢測、預(yù)警、診斷和療效評估提供新的方法與手段，已經(jīng)成為健康監(jiān)測和生命科學(xué)研究的當(dāng)務(wù)之急，發(fā)展無創(chuàng)可視化的成像技術(shù)也越來越受到科學(xué)界的關(guān)注和重視。多學(xué)科交叉、多種方法組合、從不同的角度針對同一生命過程進行多模式、多參數(shù)復(fù)合分子成像，將成為探索、解釋生命過程奧秘的有效新方法和新手段。

隨著生命科學(xué)和病理學(xué)的發(fā)展，如何從分子水平、細胞水平研究疾病發(fā)生發(fā)展機制并探討診斷和治療疾病的有效方法，已成為醫(yī)學(xué)診斷影像學(xué)、生物學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)研究的熱點。作為無創(chuàng)可視化成像技術(shù)新的方法和手段，分子影像在本質(zhì)上反映了分子調(diào)控的改變所引發(fā)的生物體生理分子水平和整體機能的變化。因此，在分子水平上在體研究基因、生物大分子和細胞的生命活動是21世紀(jì)生命科學(xué)的重要研究目標(biāo)。作為一門新興前沿綜合交叉學(xué)科，分子影像學(xué)在理論、技術(shù)和系統(tǒng)方面都存在著尚未解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。圍繞分子影像技術(shù)研究中的關(guān)鍵科學(xué)問題，融合集成多學(xué)科的知識，自動化所正在構(gòu)建一套理論，即光在強散射性復(fù)雜生物組織中的輸運理論和反演算法；研發(fā)一個平臺，即分子影響數(shù)據(jù)分析與處理的統(tǒng)一計算框架與算法平臺；構(gòu)建一個體系，即在體分子斷層影像的驗證評價體系；建立一個系統(tǒng)，即熒光標(biāo)記和核素標(biāo)記的斷層分子影像原型系統(tǒng)，并探討核素標(biāo)記的分子影像在臨床醫(yī)學(xué)以及熒光標(biāo)記的分子影像在小動物模型上的應(yīng)用。

在應(yīng)用系統(tǒng)方面，研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多模態(tài)多光譜在體光學(xué)分子影像原型系統(tǒng)，包括自發(fā)熒光斷層成像(BLT)和誘發(fā)熒光斷層成像(FMT) ，可以對體內(nèi)熒光光源進行精確的定位并能準(zhǔn)確探測熒光強度，同時還可以完成生物組織光學(xué)特性的在體測量；重點解決非均勻介質(zhì)生物組織體內(nèi)的熒光光源重建問題；原型系統(tǒng)自發(fā)熒光斷層成像BLT部分，主要由熒光探測模塊、信號采集和預(yù)處理模塊以及計算機工作站組成。硬件系統(tǒng)的搭建主要包括各個模塊的設(shè)計、研制以及模塊間信號(包括圖像信號和控制信號)的輸入/輸出。FMT部分：采用波長在近紅外區(qū)域的熒光探針，通過紅外波段激光的激發(fā)(包括雙光子空間定域激發(fā))，實現(xiàn)誘發(fā)熒光斷層成像，采用特殊的調(diào)制激光輸入信號和系統(tǒng)辨識檢測方法獲取被檢測系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)，提高系統(tǒng)的時間/空間分辨率，去除背景干擾，研究建立出相應(yīng)的硬件系統(tǒng)。整體系統(tǒng)是要開發(fā)出性能良好，運轉(zhuǎn)順暢的光學(xué)分子影像原型系統(tǒng)，實現(xiàn)硬件與軟件的聯(lián)調(diào)，形成最終的設(shè)備。

分子影像學(xué)作為21世紀(jì)的醫(yī)學(xué)影像學(xué)將會擁有一個廣闊的應(yīng)用前景，也將會促進相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。把在體熒光標(biāo)記分子影像的關(guān)鍵理論、技術(shù)和系統(tǒng)問題以及核素標(biāo)記分子成像的深層次問題作為主要研究目標(biāo)，形成我國在分子影像領(lǐng)域的科學(xué)研究平臺，同時也將對分子醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的研制和國產(chǎn)化起到積極的推動作用。在研究過程中，所取得的關(guān)鍵高技術(shù)原始性發(fā)明和創(chuàng)新的自主知識產(chǎn)權(quán)，將成為我國在分子影像領(lǐng)域更大范圍和更深層次上參與全球化的重要資本，對于我國搶占該領(lǐng)域的科學(xué)制高點具有重要戰(zhàn)略意義。

在增值服務(wù)方面，目前國際上眾多國家均已把醫(yī)學(xué)診斷和治療作為現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的重要內(nèi)容。實現(xiàn)增值服務(wù)的前提是數(shù)字化、信息化。如美國所有醫(yī)療機構(gòu)均實現(xiàn)了信息化管理。到2004年，約20%的醫(yī)院已完成了電子病歷系統(tǒng)（EMR）改造；醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)（PACS）、實驗室信息系統(tǒng)（LIS）、臨床路徑（CP）等新技術(shù)的大量應(yīng)用已成為現(xiàn)代醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量提高的重要保障，建立以病人為中心的臨床信息系統(tǒng)如醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)（PACS），實驗室系統(tǒng)（LIS）等臨床信息系統(tǒng)以及遠程醫(yī)學(xué)影象會診系統(tǒng)和影象診斷中心為醫(yī)療增值服務(wù)提供了保證。

作為新一代診斷手段的分子影像技術(shù)將為腫瘤和其他疾病的發(fā)病機理、臨床診斷、病情監(jiān)測和療效評估的研究提供有效的新方法和新手段；可以極大加快藥物的研發(fā)速度和縮短預(yù)臨床研究時間，也可應(yīng)用于藥物的毒副作用、療效在體定量評估、給藥途徑、立體結(jié)構(gòu)以及藥物劑量學(xué)和動物種類對藥物療效影響的研究；可以促進基礎(chǔ)生命科學(xué)的研究，開創(chuàng)在體動態(tài)連續(xù)研究基因功能、細胞動力學(xué)、生命發(fā)育全過程的新時代。將對我國在人口和健康領(lǐng)域國家目標(biāo)的實現(xiàn)起到極其重要的推動作用。

隨著正電子放射層析成像技術(shù)PET、磁共振成像技術(shù)MRI、X射線層析成像技術(shù)CT、分子影像技術(shù)等影像醫(yī)學(xué)成像手段在臨床醫(yī)學(xué)上的成功應(yīng)用，使得現(xiàn)代醫(yī)學(xué)得到了飛速發(fā)展。作為新一代醫(yī)學(xué)診斷的重要輔助手段的醫(yī)學(xué)影像圖像處理與分析，正方興未艾。應(yīng)用三維斷層圖像處理與分析技術(shù)，醫(yī)務(wù)工作者可以充分利用影像設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，多方位地觀察人體解剖結(jié)構(gòu)的三維顯示、積極地參與計算機的操作，極大地提高診斷的方便性和準(zhǔn)確率。不僅可以利用現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備來極大地提高醫(yī)學(xué)臨床診斷水平，而且能為醫(yī)學(xué)培訓(xùn)、醫(yī)學(xué)研究與教學(xué)、計算機輔助臨床外科手術(shù)等提供電子實現(xiàn)手段，為醫(yī)學(xué)的研究與發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)，更好的實現(xiàn)醫(yī)療的增值服務(wù)，具有很大的醫(yī)學(xué)應(yīng)用價值。