光子診斷
隨著醫學診斷方法向無損方向發展，光學技術在醫學診斷中的套用已展現出越來越大的潛力。光學顯微鏡的發明把人類帶入了生物體的微觀世界，並相繼建立了組織學和病理學，為某些疾病的臨床診斷樹立了絕對權威。儘管如此，在臨床實踐中各種早期腫瘤的診出率仍然很低，嚴重地危及了人類的健康。究其原因是從事臨床活檢的醫生與從事組織病理分析的醫生之間存在一條不可跨越的鴻溝。為了填補這一鴻溝，各國科學家紛紛開展大量研究工作以尋求各種手段來提高對疾病的早期診斷。在這其中光與組織之間的相互作用引起了人們的廣泛關注。由於生物組織的光譜特徵與其分子構成直接相關，因而利用光學信息比其它醫學診斷手段在腫瘤探測和組織的生理監測上能獲得更高的靈敏度。病狀總是在組織或體液分子成分發生變化之後發生的，因此利用光學的手段對組織進行鑑別和診斷有可能更早、更精確地診斷各種疾病。它已成為了當今醫學光子學中的一個重要研究課題。
光子診斷可以通過對組織中的反射光、透射光、散射光，或者是組織被激發光激發後所產生的螢光（包括自體螢光和藥物螢光）進行實時檢測或成像來實現對不同組織體的鑑別。光子診斷根據生物組織所特有的光學性質對組織進行分析。與傳統的手術活檢相比較，光子診斷是一種非侵入式的組織病理分析方法。它能克服手術活檢過程中可能引起的組織體生物化學性質的改變；與X射線、CT和MRI等檢查相比，它不僅能避免離子輻射，而且能實現病理的早期診斷。其次，手術活檢取樣具有很大的隨機性，往往因為只能從所選擇的部位上取出少量的組織體，所以並不一定能準確地反映出病灶組織的真實情況。此外，這種活檢方式在很大的程度上取決於醫生的臨床經驗。與此相反，光活檢不需要取出組織樣品，同時光活檢的靈敏度很高，能夠診斷出各種早期的組織病變，分析結果的準確性與病變組織的大小無關。再者，手術活檢取出組織樣品之後，病理分析需要花費病人很多的結果等待時間，嚴重地限制了實時報導結果的要求，更為關鍵的是醫生在施行手術過程中無法及時得到病理分析的反饋結果，因此不能有效地控制手術過程中對病灶的精確切除，而光子診斷能為組織的病理分析提供實時、客觀的結果。最後，在病理分析過程，根據已經建立的組織學進行比較判斷，醫生的主觀性很大。特別是對於一些臨床特殊的疑難病例，傳統的病理分析就更加暴露出它的局限性。因此從根本上說，手術活檢是將摘取出來的離體組織樣品送到儀器上進行分析，而光子診斷技術可以將檢測系統的探頭直接放在人體體表或通過內窺鏡的活檢通道伸入到人體體腔內進行快速、準確的病理分析。
目前，光子診斷的研究方向大致可以分成兩大類：組織光譜診斷和組織成像診斷。其中組織光譜診斷主要包括吸收光譜、反射/漫反射光譜、雷射誘導自體/藥物螢光光譜、彈性散射光譜、喇曼散射光譜和時間分辨光譜等；而組織成像技術包含反射光譜成像、自體/藥物螢光成像、時間分辨螢光壽命成像、光斷層析成像、光學相干層析成像，雙（多）光子激發共焦顯微術，偏振干涉成像，光斷層攝影術，雷射光聲成像、二次諧波等非線性光學成像等。
光子診斷未來的發展目標是：發展無輻射損傷、高解析度的生物組織光學成像方法與技術，同時應具有非侵入式、實時、安全、經濟、小型、且能監測活體組織內部處於自然狀態化學成分的特點。
光子治療
強雷射治療
直接造成組織不可逆損傷的雷射。這種雷射功率較高，強度較大，聚焦成“光刀”後可對機體進行切割、汽化、凝固等手術，還可通過光纖導入腔內進行手術，無需開胸切腹。雷射手術的特點是：不出血或出血少，手術視野乾淨，手術時雷射可以封閉小血管，傷口不易感染，可以在感染區手術，如適用於燒傷切痂手術。雷射還可做精微的顯微手術等。
弱（低強度）雷射治療
照射生物體後不直接造成生物組織不可逆損傷的雷射。弱雷射照射機體後，由於其本身的生物刺激效應，使受照組織對這種刺激產生“應答”性反應，在分子水平上是調整蛋白質和核酸的合成，影響DNA 的複製，調節酶的功能；在細胞水平上則是通過動員、代償、營養、修復、免疫和其他的再生或防禦機制來清除病理過程。如皮膚美容，雷射血管內照射等。
光動力療法（Photodynamic Therapy, PDT）
PDT是一種聯合利用光敏劑、光和氧分子，通過光動力學反應選擇性地治療惡性病變和良性病變的靶向療法，該療法現已發展成為臨床醫學上繼手術、放療和化療之外治療腫瘤的第四種微創療法。我國開展光動力療法的臨床研究和套用已有三十多年的歷史，收治了大量病種和病例。近來，PDT還被廣泛套用治療細菌和抗病性疾病。
光子診療一體化
近年來，隨著納米技術和相關交叉學科的日趨成熟，納米技術在醫學中的套用已初露端倪。許多分別用於診斷學（diagnostics）與治療（therapeutics）學的分子標記物被集成於一體，形成了治療診斷學（Theranostics），基於光子技術在醫學診斷與治療中多扮演的重要角色，一個嶄新的研究方向光子治療診斷學（Photonic Theranostics）正在逐漸形成，這也是將來向醫療個性化方向發展的一個趨勢。以PDT為例，目標是開發以光敏劑分子為核心的納米粒子平台，它集藥物的主動靶向傳輸、腫瘤的診斷（如MRI和分子螢光成像等）、治療（高熱治療和PDT）、劑量監測（單態氧探針和氧分子探針等），以及療效評估（細胞凋亡探針，MRI和生物化學發光等）為一體，充分體現了現代納米醫學的優點和潛在套用。
