针对肿瘤、心脑血管、神经系统重大疾病的早期诊断与功能成像，多模态成像技术研究领域包括多模态分子成像创新技术、视觉系统功能成像等，开展多模态多尺度功能成像技术、全人体PET数据处理与算法、大视场OCT成像系统开发与应用研究、多光谱眼底成像及其功能成像研究、激光散斑眼底功能成像及其应用研究等。
PET影像技术与应用致力于利用最先进的工程化手段探索分子影像在临床（前）研究的新技术、新应用。本方向的主要研究内容包括PET系统仿真优化、物理学校正、图像重建、动力学建模以及基于人工智能的图像处理分析技术。在近十多年的探索中，本实验室自行研发了一系列适配PET/CT 以及PET/MRI等多模态多参数的分子成像设备以及特异性的核素探针，并建立了完善的图像重建与图像分析处理研究平台。
医学影像是现代医学诊疗的重要依据，其处理和分析理解是人工智能的重要研究方向，具有广阔的应用前景。医学智能（Medical Intelligence）课题组致力于将人工智能、机器视觉技术与医学影像相结合，聚焦于面向人工智能与医学影像技术的弱监督与无监督学习问题研究，借助人工智能技术在限制监督条件下对医学图像进行高效而准确的处理、分析及可视化。