团队在光学成像与调控技术装备的总体框架下，布局了三大核心研究方向。涵盖了从微观细胞到宏观在体的多尺度观测，打通从精准感知到智能调控的诊疗闭环。
（一）光学显微成像仪器装备
在生命科学研究中，看得清与看得全始终是推动生物学发现的核心驱动力。本研究方向致力于开发具有大视场和高分辨跨尺度成像能力的先进光学显微成像技术与仪器装备，以满足现代生物学对边界成像的苛刻需求。
1. 超分辨显微成像技术
传统光学显微镜受限于阿贝衍射极限，无法观测到小于200纳米的亚细胞结构。团队在超分辨成像领域深耕多年，重点发展了结构光照明超分辨显微成像（SIM）等核心技术。通过精密的点扩散函数（PSF）工程和条纹优化算法，团队成功研制了具备高保真度、高动态范围的复合超分辨成像系统。该系统不仅能够以50纳米左右的分辨率清晰解析细胞内的肌动蛋白微丝、线粒体网络及微管结构，还具备极高的成像速度，能够对活细胞内的囊泡运输、细胞器互作等动态生理过程进行长时间、低光毒性的实时观测。这些技术在细胞力学、病理学及肿瘤发生机制的研究中发挥了不可替代的作用。
2. 高通量三维光学成像
针对类器官、斑马鱼等微小模式生物及厚组织样本的观测需求，团队开发了基于光片照明（Light-Sheet Microscopy）的高通量三维成像技术。光片显微镜通过侧向的薄层光束对样本进行光学切片，极大地降低了背景噪声和光漂白效应。团队研制的流式光片高通量三维成像系统，能够实现对大量斑马鱼胚胎的快速自动化扫描，获取其心脑血管发育的三维拓扑结构和血流动力学信息。该装备不仅为发育生物学提供了强大的研究工具，更在心血管药物的高通量筛选、毒理学评价及表型分析中展现出巨大的应用潜力。
3. 多模态高内涵成像
为了更全面地解析复杂的生物样本，团队致力于将多种成像模态（如荧光、明场、偏振、相差等）集成于一体，发展多模态高内涵成像装备。结合自主研发的自动化样本处理和扫描控制平台，该系统能够在单次实验中获取细胞的多维表型数据。通过这种跨尺度的多模态成像手段，研究人员能够从分子、细胞到组织层面，系统性地揭示疾病发生发展的病理机制。
（二）医学感知与调控仪器装备
本研究方向将先进的光学感知、电生理监测与机器人技术相结合，聚焦于神经退行性疾病、脑卒中及心脑血管疾病的精准诊断与康复治疗，致力于实现从被动治疗向主动康复的范式转变。
1. 心脑血管的成像与疾病诊疗
心脑血管疾病是严重威胁人类健康的重大疾病。团队利用激光散斑成像、光学相干断层成像（OCT）等融合技术，对血血管、脑血管的微循环状态、血流速度及血管壁结构进行高分辨率的在体评估，研究缺血或出血状态下脑组织的损伤演变规律，并与脑电检测、眼底血管成像相结合，实现对脑卒中等重大疾病的早期诊断。
2. 脑功能认知与调控
针对神经功能的损伤与重塑，团队深入探索病理条件下人脑获取、组织与执行运动行为的变化规律。结合脑电（EEG）、肌电（EMG）及功能性近红外光谱（fNIRS）等多源信息感知技术，团队开发了非侵入式的脑机接口（BCI）系统，能够实时解码患者的运动意图并将其转化为控制指令。
3. 辅助康复机械与机器人
通过集成了高精度的力觉传感器和人体状态识别算法，根据患者的康复阶段提供个性化的功能导向运动支持。结合虚拟现实（VR）与情景互动系统，康复机器人能够为患者提供丰富的多感觉刺激和游戏化的康复任务。
（三）生物医学智能成像与信息提取
利用研发的光学显微成像和医学感知与调控技术装备， 开展生物样品的制备、应用示范。打通从样本制备、自动化成像到AI图像分析的全链条流程，构建数字化的生物医学成像与诊断平台。
1.生物医学样品的制备
高质量的图像离不开高质量的样本。针对在体组织、病理切片及类器官等复杂样本，开展荧光染色、组织透明化等技术研究，实现对活细胞亚结构、特定神经元网络、血管分支或肿瘤微环境的深度三维可视化。开展基于光学成像的细胞牵引力、组织弹性等定量测量。
2. 自动化的成像流程开发
为了应对大规模药物筛选和高通量表型分析的需求，开发了软硬件协同的自动化成像控制系统。通过微流控芯片、多孔板等高通量载具无缝对接，实现显微镜的自动对焦、视野寻迹、多通道切换及大面积拼接扫描。通过编写智能化的宏指令和控制脚本，研究人员可以将繁琐的重复性成像任务交由仪器自动完成，极大地提高了实验效率和数据的可重复性。
3. 显微图像分割、识别与定量分析
面对高通量显微镜产生的大量三维和四维（3D+Time）图像数据，传统的图像处理方法已难以胜任。引入了最前沿的深度学习和计算机视觉技术，构建了基于卷积神经网络的医学图像智能分析算法库，实现对活细胞亚结构、微小模式生物器官及病理切片中各类细胞的高精度自动分割与识别。
