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光学分子成像中最前沿的技术已经用于新领域如癌症研究、临床转化、医疗实践，近期研究证实光学多模态成像、切伦科夫发光成像和光学成像指导外科手术的应用。新技术能够实现体内高灵敏度与精确性的肿瘤成像，这是传统成像方法所不能达到的。对活体肿瘤内细胞和分子行为和事件的可视化正在从系统的层面提高我们对肿瘤更深层的了解。这些发展可快速被用于获取肿瘤分子间的异质性，包括动力上的和数量上的，以及通过实时成像获得更多有效的治疗干预。在分子成像时期，光学技术对促进高灵敏度癌症诊断及个体化治疗的发展具有很大的前景，是精准医疗的终极目标之一。