分子影像（molecular imaging）是運用影像學手段顯示組織水平、細胞和亞細胞水平的特定分子，反映活體狀態下分子水平變化，對其生物學行為在影像方面進行定性和定量研究的科學。分子影像技術是醫學影像技術和分子生物學、化學、物理學、放射醫學、核醫學以及計算機科學相結合的一門新的技術。它將遺傳基因資訊、生物化學與新的成像探針進行綜合，由精密的成像技術來檢測，再透過一系列的影象後處理技術，達到顯示活體組織在分子和細胞水平上的生物學過程的目的。
分子影像意義
分子影像技術與經典的醫學影像技術相比，具有“看得早”的特點，經典的影像診斷（X線、CT、MRI、超聲等）主要顯示的是一些分子改變的終效應，即器官發生了器質性變化之後才能進行觀察，僅能用於具有解剖學改變的疾病檢測。而分子影像技術能夠探查疾病過程中細胞和分子水平的異常，在尚無解剖改變的疾病前檢出異常，為探索疾病的發生、發展和轉歸，評價藥物的療效中，起到連線分子生物學與臨床醫學之間的橋樑作用。
分子影像技術除了在臨床醫學上具有重大的應用價值之外，在基礎科學研究中也具有重大意義，能帶來前所未有的便捷。傳統的動物實驗方法需要在不同的時間點處死實驗動物以獲得相應資料, 得到卻是多個時間點因個體差異造成誤差的實驗結果。相比之下，採用分子影像方法透過對同一組實驗物件不同時間點進行跟蹤、記錄同一觀察目標（標記細胞及基因）的移動及變化，獲得的資料更為真實可信。而且節省了實驗時間和實驗經費。
主要研究內容
分子影像研究組主要關注光學分子影像(Optical Molecular Imaging)的相關問題。光學分子影像是傳統醫學影像技術與現代分子生物學相結合的產物，具有傳統成像手段所沒有的無創傷、實時、活體、特異、精細顯像等優點；與其它分子影像技術相比，光學分子影像具有較高的時間/空間解析度以及價格適中等特點。我們研究的目標是實現光學分子影像在理論上有創新、技術上有突破、應用上有典型。理論創新是指演算法的創新，主要包括光學分子影像正向問題和逆向問題演算法的開發與完善；技術突破是指技術平臺的設計與開發，主要包括MOSE和光學分子影像裝置控制及影象處理軟體的開發與完善；應用典型是指多模融合的分子影像系統的搭建以及相關生物學實驗的開展，包括光學分子影像子系統和CT子系統的搭建以及小動物光學成像實驗的開展。[1]
理論演算法研究
根據光學分子影像的成像過程和成像目的，理論演算法研究主要集中在兩個個方面：光學分子影像正向問題研究和光學分子影像逆向問題研究。光學分子影像正向問題從物理角度而言可以歸結為光子在生物組織中的傳輸問題，可以用輻射傳輸方程(RTE)精確地描述。然而，RTE是一個偏微分方程，數學上很難求得其精確解，一般採用數值解法，但是求解速度很低；在前期的研究中，我們利用RTE的漫射近似簡化形式，即漫射方程進行研究，但漫射方程僅適用於光子在高散射生物組織中的傳輸問題，對於光學特性引數差異很大的生物組織而言，漫射方程的求解精度不夠。因此，尋求其他的簡化形式或者快速求解RTE的演算法就成為正向問題研究的主要方向。光學分子影像逆向問題是指根據生物體表面測量的光學分佈資訊，重建體內生物組織的光學特性或病變區域。逆向問題是一個嚴重的病態問題，唯有結合大量合理的先驗知識，透過最最佳化技術獲得其相對合理的解（光源資訊和組織光學特性），這在實際應用中精度和效率都不是很好。這樣，逆向問題就為多種最佳化和數值計算方法的研發提供了廣闊的空間。此外，在光學分子影像成像過程中，生物體表面的光訊號都是採用非接觸CCD相機進行採集，因此還需要對光子在自由空間中的傳輸過程建模。而對於處於近紅外波段的生物發光光子而言，經過多次散射逃逸出生物體的漫射光子在自由空間中具有朗伯源特性，再加上成像過程中複雜光學系統的介入，使得自由空間中光的傳輸過程變得更為複雜。
分子影像（molecular imaging）是運用影像學手段顯示組織水平、細胞和亞細胞水平的特定分子，反映活體狀態下分子水平變化，對其生物學行為在影像方面進行定性和定量研究的科學。分子影像技術是醫學影像技術和分子生物學、化學、物理學、放射醫學、核醫學以及計算機科學相結合的一門新的技術。它將遺傳基因資訊、生物化學與新的成像探針進行綜合，由精密的成像技術來檢測，再透過一系列的影象後處理技術，達到顯示活體組織在分子和細胞水平上的生物學過程的目的。
分子影像意義
分子影像技術與經典的醫學影像技術相比，具有“看得早”的特點，經典的影像診斷（X線、CT、MRI、超聲等）主要顯示的是一些分子改變的終效應，即器官發生了器質性變化之後才能進行觀察，僅能用於具有解剖學改變的疾病檢測。而分子影像技術能夠探查疾病過程中細胞和分子水平的異常，在尚無解剖改變的疾病前檢出異常，為探索疾病的發生、發展和轉歸，評價藥物的療效中，起到連線分子生物學與臨床醫學之間的橋樑作用。
分子影像技術除了在臨床醫學上具有重大的應用價值之外，在基礎科學研究中也具有重大意義，能帶來前所未有的便捷。傳統的動物實驗方法需要在不同的時間點處死實驗動物以獲得相應資料, 得到卻是多個時間點因個體差異造成誤差的實驗結果。相比之下，採用分子影像方法透過對同一組實驗物件不同時間點進行跟蹤、記錄同一觀察目標（標記細胞及基因）的移動及變化，獲得的資料更為真實可信。而且節省了實驗時間和實驗經費。
主要研究內容
分子影像研究組主要關注光學分子影像(Optical Molecular Imaging)的相關問題。光學分子影像是傳統醫學影像技術與現代分子生物學相結合的產物，具有傳統成像手段所沒有的無創傷、實時、活體、特異、精細顯像等優點；與其它分子影像技術相比，光學分子影像具有較高的時間/空間解析度以及價格適中等特點。我們研究的目標是實現光學分子影像在理論上有創新、技術上有突破、應用上有典型。理論創新是指演算法的創新，主要包括光學分子影像正向問題和逆向問題演算法的開發與完善；技術突破是指技術平臺的設計與開發，主要包括MOSE和光學分子影像裝置控制及影象處理軟體的開發與完善；應用典型是指多模融合的分子影像系統的搭建以及相關生物學實驗的開展，包括光學分子影像子系統和CT子系統的搭建以及小動物光學成像實驗的開展。[1]
理論演算法研究
根據光學分子影像的成像過程和成像目的，理論演算法研究主要集中在兩個個方面：光學分子影像正向問題研究和光學分子影像逆向問題研究。光學分子影像正向問題從物理角度而言可以歸結為光子在生物組織中的傳輸問題，可以用輻射傳輸方程(RTE)精確地描述。然而，RTE是一個偏微分方程，數學上很難求得其精確解，一般採用數值解法，但是求解速度很低；在前期的研究中，我們利用RTE的漫射近似簡化形式，即漫射方程進行研究，但漫射方程僅適用於光子在高散射生物組織中的傳輸問題，對於光學特性引數差異很大的生物組織而言，漫射方程的求解精度不夠。因此，尋求其他的簡化形式或者快速求解RTE的演算法就成為正向問題研究的主要方向。光學分子影像逆向問題是指根據生物體表面測量的光學分佈資訊，重建體內生物組織的光學特性或病變區域。逆向問題是一個嚴重的病態問題，唯有結合大量合理的先驗知識，透過最最佳化技術獲得其相對合理的解（光源資訊和組織光學特性），這在實際應用中精度和效率都不是很好。這樣，逆向問題就為多種最佳化和數值計算方法的研發提供了廣闊的空間。此外，在光學分子影像成像過程中，生物體表面的光訊號都是採用非接觸CCD相機進行採集，因此還需要對光子在自由空間中的傳輸過程建模。而對於處於近紅外波段的生物發光光子而言，經過多次散射逃逸出生物體的漫射光子在自由空間中具有朗伯源特性，再加上成像過程中複雜光學系統的介入，使得自由空間中光的傳輸過程變得更為複雜。