关节软骨在关节活动中发挥着重要的作用,软骨退变会引发骨关节炎（OA）。近年来OA发病机制和病变过程等研究已取得很多研究成果,但软骨下骨引发OA的假说和OA的早期诊断尚未取得突破性进展。病理学组织评估是确定是否患有OA及所患OA严重程度的黄金标准,但病理学上的检测具有侵入性。现如今一般使用成像方式为临床提供独特且互补的信息,然而这些成像方式未能在分子水平上提供有关细胞及其基质生化成分的关键信息。考虑到难以通过常规手段对OA早期阶段进行有效观察,本文在研究方法上,设计了一种小型近红外拉曼光谱仪;利用拉曼光谱技术结合光透明技术探究软骨组织的光透明效应,以探讨组织深层次微观信息;借助Fisher判别算法对正常与病变软骨进行分类识别,实现早期诊断。首先,高性能小型近红外色散型拉曼光谱仪的开发。本文在回顾拉曼光谱仪相关理论和现状的基础上,发现其存在像散、慧差、场曲等问题,提出了基于共轴准直与聚焦成像的拉曼光谱仪,设计了与色散系统入射狭缝相匹配（共焦面）的外光路系统,进而有效收集拉曼信号和去除杂散光。色散系统采用透射式准直和聚焦成像的方法,将散射光投射到光栅上进行色散。所搭建光谱仪系统（785nm激发）实现了高分辨率(3cm^-1)、高重复性和高灵敏度光谱检测,检测范围500²200 cm^-1。其次,基于自制拉曼光谱仪和组织光透明技术的软骨光透明研究。选用甘油、碘海醇作为光透明剂,并在不同光透明剂浓度和浸渍时间下对犬膝关节股骨端软骨样本进行拉曼光谱采集。通过计算磷酸基团(920⁹60cm^-1)和酰胺I带(1595¹700cm^-1)的拉曼积分强度比,探索在不同浸渍时间（10⁶0 min）、不同浓度下（甘油40%¹00%,碘海醇50³50 mg/ml）组织光透明的规律,即寻找合适的透明浓度和透明时间。结果显示:相比于无透明剂情形,两种透明剂均使该强度比信号增强。在同一时间范围内,60%甘油和150mg/ml碘海醇能获得较好的透明效果;而在不同浓度下,甘油的透明效果均在20 min最强,而碘海醇的透明效果则是在50 min后开始增强。最终获得原位条件下关节软骨及下骨组织成分信息。最后,基于拉曼光谱和Fisher判别算法实现软骨样本的分类识别。选取134个软骨样本拉曼光谱数据（正常42个,病变8周44个,病变7个月48个）,经PCA降维,构建线性判别函数,通过距离的比较实现3类样本识别,初始案例验证后,正确率100%,交叉验证达99.3%。综上,所开发的小型近红外拉曼光谱仪性能高,方便灵活;应用于软骨组织光透明的研究中,直接探测到软骨下骨的拉曼光谱信息及软骨的光透明效应;和Fisher判别算法相结合实现了正常软骨和不同病变阶段软骨的高效识别。因此,本论文的研究提出了关节疾病等临床疾病深层次信息监测的有效方法和有力工具,是常规检测手段之外的有效思路,是可进一步拓展到在体或活体检测的一种潜在高效的临床诊断方法,也可拓展应用于生物医学等多领域的研究。本研究将在很大程度上推动关节疾病的研究和生物医学光谱学的发展。