进入21世纪，心脑血管疾病成为影响人体健康的头号杀手，在制造重大伤亡的同时还耗费着数目巨大的社会财富。众所周知动脉粥样硬化斑块的破裂是导致急性心脑血管事件的主要原因，因此斑块的易损性研究是全世界最热门的课题之一。但是迄今为止易损斑块的检测和危险性评估仍是一个国际性的重大难题。尽管血管内超声成像和血管内光学成像已经应用于临床实践，并且为动脉粥样硬化的诊断和治疗提供了指导。但是，现有技术都不能够全面地、同步地反映斑块的形态学信息和功能信息。心脑血管疾病的基础研究和易损性斑块的临床诊断都急需一种新的影像学技术。　　作为一种全新的成像技术，光声成像突破了传统的光学成像和超声成像在生物组织成像领域的困境，展现出了前所未有的能力。该技术基于光声效应，脉冲激光激励下的生物组织产生超声信号，超声信号被接收后，通过反投影算法将其携带的时间信息和强度信息转化为能够反映生物组织结构和吸收分布的可视化图像。因此，该技术获得的组织解剖图像兼具对比度高、分辨率高和成像深度大的优点，在生物医学成像领域具有广阔的应用前景。本论文是在课题组多年光声成像用于人类疾病检测的研究基础上开展的。为了能够同步的从结构层面和功能层面对动脉粥样硬化疾病开展研究，首先设计了能够空间的识别混合体系组分的多波长光声成像算法。进一步根据临床需求，构建了基于导管的血管内光声断层成像系统和血管内光声-超声成像系统。在这个过程中设计加工了两种血管内成像关键器件:单元血管内光声断层成像探头和双元血管内光声-超声成像探头。更为重要的是利用血管内光声断层成像我们对动脉粥样硬化斑块的病理结构和脂质成分进行了非常有价值的研究，尤其是通过活体实验验证了装置和方法应用于临床的可行性。此外，针对斑块易损性相关的关键指标纤维帽厚度，还利用改进的高频光声成像技术开展了成像薄膜吸收体的研究。主要的内容包括:　　1、提出了一种能够空间地、定量地分析混合体系内的组成要素的多波长光声成像算法，为光声成像应用于评价动脉粥样硬化斑块提供了关键性的道路。结合滤波反投影算法和多波长技术的特点，首次提出了多波长血管内光声成像算法，采用该算法能快速的识别动脉粥样硬化斑块中关键组要素含量的空间分布。　　2、发展了一套基于高频单元超声探测器和侧面出光光纤的血管内光声断层成像系统。一体化探头直径1.8mm，集成于导管前端，导管可以在驱动平台的带动下进行后撤和不间断的360°旋转扫描。2mm深度处轴向分辨率可以达到100μm。系统在LABVIEW程序的控制下同步进行数据采集和投影成像。　　3、基于多波长光声成像算法和血管内光声断层成像系统在兔子动脉粥样硬化模型上开展了多方面的基础研究。通过连续扫描成像的病变血管三维立体图可以比较不同的斑块。通过多波长解析，可以获得动脉粥样硬化斑块内的脂质浓度图。定量化的脂质浓度图可以进行不同时间和不同空间的比较，得出动脉粥样硬化的发展情况或者斑块易损性的程度。在活体模型上全血背景下光声成像还能够较好的成像斑块内的脂质。　　4、进一步发展血管内光声断层成像系统。一方面是改进单元探测器为双元聚焦式探测器提高横向分辨率，进一步减小探头的尺寸到1mm直径，满足人体冠状动脉内成像的需求。另一方面是将超声成像和光声成像集成到一个系统中，一次成像可以同时获得动脉粥样硬化斑块的光吸收参数和超声阻抗参数，为易损斑块诊断提供更全面的信息。　　5、面向成像纤维帽厚度，搭建了基于75MHz超声换能器的光声薄膜成像系统，结合微米尺寸的光声造影剂，开展成像薄膜吸收体的研究。能够分辨厚度为35μm的薄膜，并且有能力分辨膜层内吸收体分布，为进一步开展光声成像评价纤维帽的研究奠定了基础。