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光声成像是近年快速发展起来的一种无损生物医学影像技术，该成像技术是基于光声效应，利用短脉冲光源作为激发源照射生物组织，生物组织吸收光能以后产生光致超声信号，携带组织光学吸收信息的超声信号被接收后通过不同成像算法反演出生物组织的吸收结构的可视化图像。该成像技术结合了光学成像以及超声成像的优点，可提供深层组织高分辨率和高对比度的组织结构图像，在生物医学影像诊断领域具有广泛的应用前景。由于光声成像对吸收光谱的高度依赖特性，其不仅能够高分辨率多尺度成像检测反映生物组织生理特异性的内源分子，而且可以高灵敏度识别具有分子特异性的外源对比剂，因而广泛应用于生物医学各个领域，包括血管生物学，肿瘤生物学等各个方面。 光声多模态成像技术是以光声成像为基础，结合其他成像技术比如光学相干层析成像、荧光成像等成像技术。光声多模态成像可以同时获得生物组织的吸收、散射及荧光等参数，因而能够更加全面的反映生物组织病理及生理信息，可以为现代精准医疗提供强有力的技术手段。本论文是在课题组有关光声成像技术及方法多年积累基础之上开展的。针对传统光声成像技术必须使用有限带宽的超声换能器进行接触式检测才能获得光声信号进行成像从而不方便实际临床应用的弊端，我们发展了一种光学检测超声信号的方法并用于非接触式宽带地检测光声信号，构建了新型的光声成像系统，获得了高分辨率高对比度的光声图像。利用该光学检测系统本身的优势建立了光声、光学相干层析成像的双模态成像系统，同时获取了生物组织的吸收及散射结构信息。利用光声与荧光成像系统可以共激发的特性以及光声与光学相干层析成像系统的共接收特性我们研制了基于光声成像、光学相干层析成像、荧光成像的多模态成像系统，能够通过一次扫描就能扶取生物组织的吸收、散射及荧光信息。并建立了高分辨率的光声显微镜系统，研究了生物组织的微循环结构及功能信息，实现对生物组织的血管网络结构及血样饱和度及碳氧饱和度的检测和成像。此外，建立了基于超连续谱激光器的光声显微成像系统，探索光声成像、光学相干层析成像以及荧光成像同源激发的可能性。主要研究内容包括: 1、建立了一套基于相位敏感型低相干迈克尔逊干涉仪的全光学光声显微成像装置，证明了这种光学超声检测方式可以实现光声信号的宽带检测。并通过主动改变干涉仪参考臂的相位变化提高了系统的成像速度及检测信号的稳定性，使得该成像系统具有～11μm的横向分辨率及～20μm的轴向分辨率，并通过模拟及在体实验验证了该系统可以实现对生物组织的高分辨率成像。 2、在光学检测光声信号装置系统的基础之上，通过在低相干迈克尔逊干涉仪的参考臂上加入光学快速扫描延迟线实现了基于光声、光学相干层析成像的双模态成像系统的构建。双模态成像系统在LABVIEW程序的控制下同步进行数据采集和图像的投影重建。可以同时实现光声与光学相干层析成像，获取生物组织的光学吸收及散射结构信息。 3、利用光声成像与荧光成像系统可以使用同一个激发源，而光声成像与光学相干层析成像系统可以使用同一套信号接收装置，我们研制了基于二维扫描振镜的光声、光学相干层析及荧光成像的多模态成像系统装置。该多模成像系统可提供最高～2.6μm的横向分辨率及45Hz的成像速度。可以同时获取光在生物组织中的吸收与散射行为信息，并同时获得生物组织光学吸收的辐射跃迁与非辐射跃迁过程的互补信息，以达到对生物体的生理病理信息的多参数多维度解析的目的。 4、搭建了一套基于超声换能器检测的光学分辨率的光声显微成像系统，可以高分辨率成像生物组织微血管结构。并提出利用多波长解析方法测量一氧化碳中毒小鼠体内的血氧饱和度及碳氧饱和度的方法，可以为急性一氧化碳中毒者提供一种无损有效的血氧及碳氧饱和度的检测手段。 5、为探索光声成像、光学相干层析成像及荧光成像共源激发的可能性，搭建了一套基于超连续谱激光器的光声显微成像系统。系统利用亚纳秒级超连续谱激光器作为激发源，通过连续可调滤波器选取光声激发光，实现了～20nJ单脉冲能量的亚纳秒激光的光声显微成像，为进一步发展基于光声、光学相干层析及荧光成像共源激发的多模态成像系统奠定了基础。