X线成像、磁共振成像、超声成像等医学影像技术已在术前精确诊断和术后疗效评估等方面发挥了重要的作用。但是在手术过程中，尚缺乏客观有效的成像技术，外科医生主要还是依靠眼睛和手对组织间的色泽、质地、形态进行判别以切除病灶。亟需一种客观有效的成像技术在手术过程中，实时显示病灶的位置和形态，辅助医生完成精准切除。此外，避免神经、血管、尿路和胆管等重要的组织结构受到损伤，有助于实现更好的手术效果和预后。如何在手术过程中精确定位病灶边界，发现微小病灶，识别重要的组织结构，是目前临床实践中存在的挑战性问题。
新兴的光学分子影像技术有望解决这一临床挑战。光学分子影像是一种在体、实时成像新技术，能够真实反映生物体组织内某种基因的表达或大分子的生物学特性，并连续记录和展示疾病相关的分子事件和动力学过程。近红外荧光成像技术利用特定波长的光源激发生物体内的细胞或报告基因或荧光染料等物质，以获取目标区域的荧光信息。该技术具有灵敏度高、特异性强、背景噪声低、穿透深度大等优势，已成为国际研究的热点。本文围绕近红外荧光成像术中导航技术，在成像方法、设备研发和临床应用三个方面开展了全链条、系列化的工作。论文的主要研究内容和创新点如下：
1. 在成像方法方面，针对近红外荧光图像的噪声分布特征，提出了基于小波阈值和模糊C均值聚类的降噪算法，有效地去除了干扰信号，降低了固有噪声，提高了导航设备的分辨率；为了更好地展示荧光图像中所蕴含的信息，提出了基于图像融合的手术导航实时可视化方法，在最大化荧光信息传递效率的同时，最小化了原始解剖结构信息的损失，实现了双通道荧光图像和彩色图像的实时融合和高清显示。
2. 在设备研发方面，针对荧光信号弱且环境光干扰强的问题，建立了基于微弱荧光信号的高灵敏高精度探测数理模型，并设计了大视场大相对孔径高均匀度的光学系统，提高了信号采集能力和抗干扰能力，实现了高信背比和低噪声成像。针对双通道彩色图像和荧光图像同时快速成像的需求，通过创新光路和光学元件以及模块化的系统设计，研制了适用于临床开放和微创手术的高灵敏高分辨术中近红外荧光成像术中导航设备，实现了双通道信号的高帧频同时成像。
3. 在临床应用方面，针对乳腺癌前哨淋巴结活检中传统蓝染法检出率较低的问题，与中国人民解放军总医院、弋矶山医院和汕头大学医学院附属肿瘤医院联合开展了多中心临床试验，共入组了99例乳腺癌病人，将前哨淋巴结的检出率从69.9%提高到了95.5%；针对胸外科手术中交感神经无法准确定位的问题，与北大人民医院联合开展了单中心临床试验，共入组了15例肺结节病人，神经节显影率100%，取得了显著的临床效果。