作为一种新型成像技术,光声成像（Photoacoustic imaging）研究在过去二十年取得了重要的进展。通过结合组织的光学吸收对比和超声探测,相比其他光学成像技术,光声成像能够在较深的生物组织区域仍然保持较高的空间分辨率。不仅如此,通过利用多光谱光声成像可以揭示组织的功能信息,如与肿瘤恶化关系密切的血氧饱和度。基于以上优势,光声成像技术在临床转化研究取得了很多的进展。这些研究表明光声成像有潜力为现有成像技术如超声成像提供有重要诊断价值的互补信息,可以应用在肿瘤检测、疾病评估以及预后治疗监测等。本论文面向光声临床应用,开展了包括系统研发和临床试验的两方面工作。重点包括合作研发光声/超声双模成像系统及其在浅表癌症诊断上的临床评估。主要研究工作成果和创新点包括:1)与合作者成功研发了用于临床的光声/超声双模手持式成像系统。主要负责设计手持式光声/超声双模成像系统中的激光照射模式,以及激光器和超声系统的触发方案;2)提出了基于临床超声结构成像的光场补偿策略。该方法主要通过超声成像结果对成像组织结构进行分析,然后利用组织结构已知的光学吸收、散射系数对成像区域的光通量分布进行数值模拟,最后通过光通量分布图对原始光声图像结果进行校正。该方法的有效性在临床研究中得到了验证。利用该算法进行光通量补偿来校正光声成像结果,可以提高光声量化成像的准确性,并能够有效提取深层组织的光声信号;3)与合作者利用二维光声/超声双模成像系统开展了关于甲状腺肿瘤的光声/超声临床研究。通过对比光声成像结果与多普勒成像结果,我们发现相较于多普勒成像,光声成像能够提供更丰富的甲状腺结节及腺体部位的血流信息,从而提供有价值的诊断信息;4)提出了基于椭球面自动分割肿瘤内外区域以进行光声三维乳腺肿瘤成像量化分析的方法。该方法首先计算了包裹肿瘤的最小体积椭球,并以此为基础对肿瘤内外区域进行自动分割,进而进行平均体血氧饱和度的量化分析。该方法的可行性和有效性在临床研究中得到了验证。量化分析结果表明,光声三维成像能够在乳腺癌诊断上为超声成像提供重要的互补信息、并具有潜力提高乳腺癌诊断的特异性。本篇论文^（1）首先在第一章回顾了光声成像的物理机制和光声临床研究的最新进展。接下来,第二章重点介绍了基于手持式临床超声系统改造的光声/超声成像系统,并利用仿体实验与在体实验验证了光声/超声成像系统的成像能力。在此基础上,本文在第三章提出了基于超声解剖信息辅助下用于手持式光声/超声成像系统的光通量补偿算法。临床试验结果表明,该算法可以有效还原较深层的血管信息。第四与第五章围绕研发的双模成像系统开展了临床研究,包括甲状腺结节的二维光声/超声成像与乳腺癌三维成像,并对成像结果进行了量化分析。实验结果表明三维功能性光声/超声成像有潜力提高乳腺癌的诊断特异性。在第六章里,本文呈现了作者在佐治亚理工学院进行的研究。该章从三个方面比较了在超声超快成像下,激光激发的表面波和声辐射力激发的表面波。比较结果显示,激光激发表面波成像可以准确测量物体表面波速度,同时有潜力提供更高的空间分辨率。在最后一章里,作者对博士期间研究工作的创新点进行了总结,并探讨了进一步开展科研的方向和内容。