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本论文运用一种新型的医学影像方法——光声成像作为研究手段。光声成像是近十年内迅速发展起来的新型医学影像方法，它利用脉冲激光作为激发源照射生物组织，生物组织吸收光能发生热弹性膨胀产生超声波，超声信号被探测器接收后用于图像重建。光声成像具有光学成像的高对比度和超声波成像的高分辨率，适合检测浅层组织的病变。
早期肿瘤的检测和治疗是当今医学界的热点问题。本论文以早期肿瘤的检测为着眼点，结合光声成像的特点，对肿瘤生长的核心问题——新血管形成进行了研究。研究过程从建立成像系统和设定成像算法开始，分别采用传统的单个探测器旋转扫描采集信号的成像系统和滤波反投影成像算法；接着对小鼠的皮下血管进行光声成像，验证系统的空间分辨率和准确性；然后建立小鼠的乳腺癌肿瘤模型，在接种肿瘤细胞后的20天内，对肿瘤区域的新血管形成过程进行监测，并从一系列图像中提取形态学参数的信息进行定性分析；最后将外源造影剂ICG引入光声成像，通过模拟血管实验研究了ICG在血液中的吸收增强性质和在不同深度生物组织中的成像效果。
使用水听器旋转扫描采集信号的光声成像系统的图像空间分辨率达到80 μm，小鼠皮下血管的空间位置在光声图像和HE染色组织切片上符合得很好。用C127乳腺癌细胞建立肿瘤模型，在532 nm激光的照射下，光声图像能够清晰解析出肿瘤区域的血管结构，并能观察到在肿瘤生长过程中部分肿瘤区域中的血管已经具有与肿瘤血管相似的形态特征，一系列的监测图像很好的反映了早期肿瘤区域血管变化的过程，从中提取的形态学参数说明：在新血管形成的过程中，肿瘤区域血管总的血红蛋白浓度、平均直径和密度均表现出增大的趋势。此外，在800 nm近红外光下运用ICG作为吸收增强造影剂，成像深度可以达到20 mm。上述的研究结果体现了光声成像在早期肿瘤检测中的优势，能够很好的反映肿瘤区域血管的形态特征和光吸收特性，预示了光声成像在检测早期肿瘤、监测肿瘤生长过程以及抗血管生成疗法治疗过程的可行性。加入外源造影剂ICG后，将可以实现更深层生物组织的成像以及利用信号大小反映肿瘤区域药代动力学的特性。长远来说，多波长的功能成像和带有靶向性分子的分子成像将会是光声成像中令人忡憬的应用前景。