光声成像是一种基于光声效应,兼具光学和超声成像二者优势的新型医学成像方法。该技术可以高敏锐地获取组织光吸收的信息,因此具备与传统光学成像相当的高对比度特性。同时,由于基于超声方式探测,其具备与超声成像相当的成像深度与深度分辨能力。进一步,结合不同激发波长,可以获得成像对象的光声光谱信息,从而实现物质成分区分、浓度定量分析等功能。因此,基于光声成像原理,可开发兼具高对比度和大成像深度的三维成像技术,并能同时提供结构与功能性信息,有望为心血管疾病、消化道肿瘤等疾病的早期发现和精确诊断提供帮助。依据成像系统与成像对象的位置关系,光声成像可分为体外成像(包括光声显微镜和光声计算层析成像系统)和内窥成像。为了方便进行动物/人体的活体成像,目前光声成像系统大多为反射式成像方式,即在成像对象的同一侧进行光激发与声探测。在光声内窥系统中,更是完全如此。但是由于内窥成像探头体积限制,此类系统不可避免地存在着光传输效率低、超声接收效率低、成像深度浅等缺点。本文针对现有技术的不足,提出进行透射共轴式光声内窥成像方法的研究,主要研究工作如下:(1)围绕组织内部光激发,外部声探测的透射共轴式光-声耦合特点,结合光声成像原理、光声光谱相关算法开展相关理论研究,指导系统设计与搭建,并将其灵活应用于消化道光声内窥成像与血管内易损斑块脂质成分定量分析研究领域中。(2)针对如何实现系统透射共轴式光-声耦合方式,从光学部分、声学部分、机械设计、系统控制四部分进行系统的结构设计与搭建。其中光声内窥探头的设计与拼装、透射共轴式成像结构设计是系统关键核心。(3)基于软件(LabVIEW)实现系统数据采集与显示程序设计,实现系统精准扫描、数据采集与图像重建。主程序采纳“状态机”的程序结构设计;针对数据采集环节提出了“生产者/消费者”结构程序设计;针对实验需求,开发了图像实时显示功能模块。(4)在消化道光声内窥实验中,将透射共轴式与反射非共轴光声内窥成像系统进行实验对比研究。对仿体与离体猪小肠进行了光声成像,对比两类系统在激光有无受到散射情况下以及在生物组织中的成像能力,得到透射共轴式光声内窥成像系统相比反射非共轴式光声内窥成像系统至少提高了7.0dB以上的系统信噪比与14.5%的成像深度结果;在血管内易损斑块脂质成分定量分析研究中,利用透射共轴式光声内窥成像系统实现血管斑块仿体的准确光声光谱实验,并结合光声光谱解谱算法对多组混合染料的成分浓度定量区分。以上实验结果表明,本文所设计的透射共轴式光声内窥成像系统具备优良的系统信噪比,从而使得在体获得大深度的内窥成像成为可能,进一步为在体获得高质量光声光谱、精确的组织成分区分和分析奠定了基础,验证了光声技术在消化道内窥成像、血管内介入成像等领域的巨大发展潜力,为光声的临床转换提供了一定的推动作用。