在医学成像领域,光子学在提供结构和分子信息方面起着越来越重要的作用,为疾病的诊断和治疗提供了重要的工具,并开辟了全新的视野。具有无害、非侵入、高灵敏和可进行多目标成像等优点。本文切合医学成像领域的发展前沿,自主研制了基于双目立体视觉的近红外荧光三维定位体内成像系统和用于现场检测的核酸定量检测系统。传统的体内荧光成像设备只能提供单角度的两维图像信息,无法满足最新科学研究对目标精确定位的要求。本文中设计搭建的基于双目立体视觉技术的近红外荧光三维定位体内成像系统具有靶点目标三维定位和深源探测能力,建立了一个基于光谱分离的前处理算法的双目立体视觉技术,提供了一种在荧光发射光谱混叠和生物组织内光散射条件下进行三维坐标计算的方法。算法可以从多光谱图像中有效的提取靶点目标并确定分离后的靶点中心坐标。选用近红外量子点作为荧光标记物标记靶点,进一步的实验显示该方法可以对小动物体内的荧光靶点进行三维定位。实验还显示结合大功率激光器和深度制冷光电耦合器件对深源的荧光探测提供了很好的研究前景。现场检测是实验室医学的最新概念,可以在病人旁边完成检测并快速得到检测结果,可以消除因临床样本的运输和准备所造成的延误,减少临床决策的时间。在发展中国家,超过一半的死亡率都是因为传染性疾病造成的。考虑到全世界范围内高风险病原体患病率的迅速增加,快速的传染病检测是至关重要的。核酸检测是非常具有前景的现场检测方法,本文设计搭建的用于现场检测诊断的核酸定量系统可以低成本、便携、自动化的完成核酸绝对定量,现场检测,快速分析和实时获取反应结果。系统由一个可更换的脱气驱动的微流控芯片,低成本的电池供电的温度控制单元和成像单元,一个有高分辨率成像模块的移动设备,和运行于移动设备的定制软件组成。微流控芯片包含1024个2纳升的小室进行等温数字核酸扩增反应。实验数据显示了该系统准确的核酸定量能力。该系统对于传染病的现场检测具有重要的价值。综上,本文设计搭建的系统采用医学成像相关技术,切合生物医学应用的紧迫需求,为生命科学的研究和疾病的诊断治疗开辟了新方法,具有十分重要的意义。