一、“揭榜挂帅”攻关任务

1.攻关任务名称

皮肤组织多模态无创智能成像探测技术及设备

2.攻关任务背景和意义

皮肤覆盖了整个体表，是人体的第一道屏障，也是重要的免疫器官。皮肤组织结构复杂，由表皮、真皮和皮下组织构成，存在大量尺寸较小、分布杂乱的黑色素和血管。毛囊及表皮基底层内的黑色素形态与功能，皮下血管结构及其血流动力学状态监测是多种皮肤疾病的诊断及治疗的依据，也是实施多种免疫疗法和经皮给药方式时需参考的重要参数。为开发“个性化”、“精准化”、“智能化”的皮肤疾病治疗、免疫系统修复、经皮给药等临床新技术、新疗法，急需研制皮肤组织多模态无创智能成像探测技术及设备，实现皮肤三维结构、瞬态温度、血液流速、血氧含量氧代谢率等生理参数的多模态无创协同测量。常用的皮肤显微无损检测方式按激发介质可分为激光类、超声类和光谱类，但均无法实现上述参数的多模态协同测量。急需发展新型多模态无创探测技术及设备，填补现有技术空白。

为此，本团队研发具有自主知识产权的皮肤组织多模态无创智能成像探测技术及设备，带动并大幅提升在本领域的原始性创新能力，对发展皮肤病精准治疗新兴产业具有重要的实用价值和巨大的社会经济效益。

3.技术方案

（1）高穿透深度、高信噪比激光散斑血流动力学测量技术：开发正交偏振图像增强技术，通过滤除浅层反射光有效提取携带深层信息的散射光，显著提高成像信噪比。构建基于深度学习算法的图像配准与降噪模型，重点研发轻量化扩张残差深度学习网络，解决复杂环境下的成像干扰问题。开发新型荧光粒子测速法，并结合基于“U-Net”架构的深度学习图像分割网络，实现对血管微环境的精准识别，达成对血流动力学变化及血栓形成的在线、精确、实时监控。

（2）皮肤高光谱成像及非线性多参数反演技术：构建快速高光谱成像硬件系统，配套开发专用的深度学习残差神经网络模型以提升数据处理效能。研发基于优化目标函数的非线性多参数反演算法，引入基于深度学习的模拟光谱生成方法，替代传统慢速的模拟计算，同时实现减少反演迭代步骤和反演算法中模拟光谱的快速、准确获取，大幅缩短皮肤参数反演与诊断的时间。

（3）高分辨率、高穿透深度兼具的光声成像技术及高精度光声测温方法：开发光声分辨率增强技术，重点攻克将光声信号与强度依赖性光漂白效应相结合的非线性横向分辨率提升技术。研发与温度相关的Grueneisen弛豫效应轴向分辨率提升技术，利用非线性热膨胀机制优化深层组织信号，最终实现兼具高分辨率、高穿透深度的结构成像与高精度无创光声测温。

（4）面向临床的高速度、智能化计算软件系统开发：研发低延迟多参数成像整合算法，保障影像数据的实时吞吐与同步分析。采用模块化设计理念，开发小型化的多模态成像系统架构，在确保高图像性能、高运算速度的同时，满足临床环境下对设备便携性与移动性的设计要求，为临床医生提供智能化、可视化的辅助诊断工具。

二、团队概况

皮肤组织多模态无创智能成像探测技术及设备团队由国家级领军人才陈斌教授作为学术带头人，现有教授1人，副教授2人。

团队学术带头人陈斌教授近五年先后获得国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、国家重点研发计划等项目资助。2007年获教育部高等学校自然科学一等奖1项，2019年获得陕西省高等学校科学技术奖一等奖（第一完成人），2023年获得宝钢优秀教师奖、中国工程热物理学会技术发明奖一等奖（第一完成人）。先后入选教育部新世纪优秀人才支持计划（2007）、科技部国家创新人才推进计划——中青年科技创新领军人才（2017）、国家“WRJH”领军人才（2018）。发表学术论文140余篇，其中SCI收录68篇次，EI收录72篇次；作为编委出版专著2部（章）。论文和专著他引870次。授权国家发明专利10余项、计算机软件著作权10余项。

 

三、近三年（平台成立起）攻关领域科研情况

近三年承担攻关领域横纵向项目5项，其中省部级项目2项，国家级项目3项，发表论文93篇，成果获专利3项。主办及参与学术活动56场次，邀请企业及行业专家来校授课及讲座6场次。

四、团队人才培养情况

2023至2025年，共招收硕士生23人，博士生3人，开设必修及选修课共计6门。团队获国际发明展览金奖，青年教师入选国家级青年人才、陕西省青年科技新星、仲英青年学者、西安交通大学“医工交叉十大创新新人奖”，指导本科生获得中国国际大学生创新大赛荣获金奖；培养硕士研究生获中国工程热物理学会学术年会青年学者陈学俊优秀论文奖，培养毕业生获多项奖项并入选各类人才10余次。博士毕业生武利龙赴航天三院投身航天事业，荣获相关领域科技进步二等奖；博士毕业生向浩入选武汉市“3551”光谷人才计划，荣获中国发明协会发明创业奖创新奖一等奖、全国颠覆性技术创新大赛优胜奖、湖北省高价值专利大赛金奖、中冶集团科技进步一等奖、中国环境保护产业协会环境技术进步二等奖、中国节能协会节能减排科技进步二等奖等多项奖励。

 

指导学生获得中国国际大学生创新大赛荣获金奖

四、合作开展情况

1.合作企业、医院共6家。

五、转化成果

1.已转化成果社会经济效益

多脉冲时序优化分级治疗技术：针对传统585/595nm可见光脉冲染料激光单脉冲固定时序集总治疗方案效率低下的瓶颈问题，该项目发明了全新的多脉冲时序优化分级治疗技术。采用上述新技术在西安交通大学第二附属医院、陕西省皮防所医院共治疗鲜红斑痣患者3328 例，术后回访普遍反映临床效果好、复发率低。显效治愈率提高至56.5%，远高于国际报道最高水平（20%）。平均治疗次数降低2.9 次（由6.8次降至3.9 次），按单次治疗平均5000 元计节约治疗费用4825.6 万元，取得了显著的经济和社会效益。

瞬态制冷剂闪蒸喷雾冷却辅助的940nm近红外波长血管性皮肤病治疗新技术：针对585/595nm脉冲染料激光黑色素吸收高、穿透深度浅，对增厚型血管性皮肤病无效，且传统喷雾冷却技术对黑色素含量较高的黄种人表皮冷保护不足的瓶颈问题，该项目发明了瞬态制冷剂闪蒸喷雾冷却辅助的940nm近红外波长血管性皮肤病治疗新技术并应用于广东吉士迪科技有限公司研制的多功能水冷光子治疗系统。传统的光子治疗系统采用较宽光谱500-1100nm 的高功率光源进行照射达到治疗效果，治疗技术瓶颈在于由于强光源包含可见光波段，因而造成表皮灼伤情况时有发生。基于该项目的940nm 近红外波长治疗新技术，新研制的多功能水冷光子治疗系统中滤去可见光波段并依据940nm激光治疗参数优化脉宽设置，采用多脉冲治疗模式极大降低了治疗入射激光能量，表面灼伤发生概率显著降低。发明的940nm 近红外波长治疗新技术应用于广东吉士迪科技有限公司的多功能水冷光子治疗仪，累计销售额700 万元。

智能化多功能窄谱光子治疗仪

基于“相干光散斑测速耦合多光谱漫反射重建”原理创新的激光精准诊疗新技术和样机：针对现有成像技术用于探测皮肤结构时分辨率低、穿透深度浅（皮肤CT：150 μm），难以满足皮肤组织分辨率10μm、穿透深度1-2mm 的临床需求，该项目发明了基于“相干光散斑测速耦合多光谱漫反射重建”原理创新的激光精准诊疗新技术和样机。新技术应用于东方闪光(北京)光电科技有限公司Laserspetec MR 智能化血流仪和西安林森电子科技有限公司反射式无创血流成像系统，“可针对1-2mm 厚度皮肤组织实现分辨率不低于10μm 的3D 显微成像、皮肤组织内微血管形态尺寸的定量测量以及血液流动和血栓形成的在线监控”，受到用户广泛好评，发明的智能化血流仪销售额9660 万元。

 激光散斑/高光谱一体化成像系统

油冷型电磁感应治疗头：针对传统高频磁治疗仪电磁感应治疗头发热量大、完全依赖风冷散热差导致工作时间短、治疗不足的瓶颈问题，优化高压大功率电源和聚焦线圈设计，开发了油冷型电磁感应治疗头实现线圈快速散热，最终实现了20Hz 工作频率下6.5 特斯拉磁场强度，连续工作时间延长一倍。基于上述技术与河南优德医疗设备股份有限公司合作开发了磁热/电热耦合治疗仪、磁刺激治疗系统、系列动静态中/低频电治疗仪等，目前已在海内外销售719 台，受到用户广泛好评，目前累计销售额17292.79 万元。

经颅磁治疗仪、油冷电磁感应治疗头

2.标准体系制定

团队围绕皮肤组织多模态无创智能成像探测技术及设备参与制定了团体标准1项。

六、创新创业

1.核心技术支撑企业发展

七、潜在可转化技术

（1）智能激光散斑血流实时监控技术

该技术通过正交偏振光学设计结合轻量化深度学习网络，有效滤除皮肤表层反射光干扰，精准提取深层组织血流动态信息。集成U-Net血管分割算法与荧光粒子测速法，可在复杂临床环境中实现微血管级血流速度监测和血栓早期预警。其核心价值在于将实验室级血流动力学分析技术转化为可应用于术中监护、重症病房的实时诊断工具，为心脑血管疾病防治提供关键技术支持。

（2）深度学习驱动的高光谱皮肤快速诊断技术

基于快速高光谱成像硬件与残差神经网络深度融合，该技术通过模拟光谱替代传统物理模拟计算，提升多参数皮肤组织分析速度。利用优化目标函数实现黑色素、血红蛋白等成分的精准定量反演，可在短时间内完成皮肤病理分析，适用于皮肤病筛查、美容疗效评估等需要快速定量分析的临床场景。

（3）非线性光声多模态医学成像技术

该技术突破性地将光漂白效应与Grueneisen弛豫效应相结合，通过非线性信号增强机制同时实现高分辨率、高穿透深度的成像能力。利用热膨胀特性开发出无创光声测温模块，在提供结构成像的同时可实现温度监测，为肿瘤热消融治疗提供实时导航与疗效评估的一体化解决方案，填补了现有影像设备在介入治疗监测领域的技术空白。