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光声成像是过去二十年来新兴的一种生物医学成像模态,它是一种光激发的混合成像模式,结合了光学成像和超声成像的优点。相比光学成像,光声成像采集的是超声波信号,因此具有更深的成像深度和更高的空间分辨率;相比超声成像,光声成像反映了组织的特异性吸收系数分布,具有更高的光学对比度。这些优点都使得光声成像被广泛地应用在临床医药、预临床研究以及基础生物学研究。近年来,光声成像技术发展迅猛,光声成像系统逐渐向实时、多维度方向发展,因此实验室课题组升级了先前的单通道单阵元光声断层成像系统,搭建了高速多通道光声断层成像系统。本文主要针对此成像系统的LabVIEW采集控制框图程序编写和高精度快速图像重建算法实现以及相关的成像实验验证方面开展了研究,具体内容主要包括以下三个部分:首先分析了滤波反投影、时间反转和基于模型这三种光声断层图像重建算法的优缺点,并结合该系统实现了基于模型的联合离散小波余弦变换的L1正则化(Discrete Cosine-Wavelet Transform Regularization,DCWT)和全变分正则化(Total Variation Regularization,TV)的高精度快速光声断层重建算法(Discrete Cosine-Wavelet Transform and Total Variation Regularization,DCWT-TV),该算法不仅可以有效地减少传统的基于解析解的滤波反投影重建算法所产生的条状伪影,还可以有效地恢复图像中生物组织的边界信息和精细结构,最后利用数值仿真分析与基于模型的Tikhonov正则化算法进行了比较。然后利用LabVIEW图形化编程语言编写了系统的采集控制框图程序和用户交互的主界面,并进行了模拟样品成像实验,测试了光声信号的采集和系统的空间分辨率。最后利用自制样品仿体成像实验和健康小裸鼠、荷瘤鼠在体成像实验对此系统和重建算法进行了验证,光声信号的采集和存储过程仅需1ms,图像重建时间也可以在40s内完成,完全满足快速光声断层成像的要求。