在医疗保健和临床治疗中,生物医学成像技术的重要目标是检测和识别疾病,并对治疗效果进行监测。在临床前研究中,成像技术对探究疾病的病理机制也有重要作用。随着图像采集和激光技术的不断进步,出现了很多新型的光学成像方法,带动医学成像和治疗领域向前迅速发展。新兴成像技术和治疗方法在应用于人类之前,需要首先在动物上进行测试和验证;人类疾病发展十分复杂,比如肿瘤、肠缺血、心血管疾病,通过临床经验研究疾病发生机制往往过于缓慢,而许多实验方法在道义和方法上受到限制,通过借助实验动物疾病模型,可以更方便、快速地认识人类疾病的发生机制;药物开发过程中关键一步是临床前开发,需要对药物的安全性、代谢和药代动力学进行研究。这些实际需求促进了小动物成像技术的快速发展,小动物体内成像已被确定为临床前和转化生物医学研究的重要组成部分。荧光扩散光学成像(FDOT)和光声层析成像(PAT)是两种新兴的光学成像方法,前者通过收集从组织中出射的扩散光,重建出组织内部的荧光产率分布。已有的商业荧光成像系统的探测器大都使用结构紧凑、性价比更高的CCD。为了监测ICG荧光染料在小鼠肝脏中的代谢速率,本实验使用了灵敏度更高、温度稳定性强的光电倍增管(PMT)作为探测器,并基于单光子计数原理搭建完成了FDOT系统。主要研究内容包括:1.系统搭建:基于FPGA开发板,使用Verilog HDL实现了多通道单光子计数、UART通信、光源控制等功能;基于连续波成像模式,通过光开关、滤光轮、PMT等仪器,完成了4×4并行采集荧光扩散成像系统的搭建;基于LabVIEW软件,实现了对各个仪器的控制和数据采集过程的自动化。2.对所搭建荧光系统进行参数测试,所使用荧光染料为ICG,最后测得空间分辨率为7mm、灵敏度为50nM;并用系统测试了ICG荧光染料在小鼠肝脏中的代谢速率。PAT本质是一种混合成像,结合了光学的高对比度和声学的高分辨率的优势,在近红外光波段,血红蛋白有较高的吸收系数,因而可以对感兴趣的血管系统进行成像。通过多光谱分析,可以检测血液的血氧饱和度等功能信息。肠缺血再灌注损伤是外科中常见的一种高死亡率疾病,其病理机制复杂且尚没有完全研究清楚,包括内皮细胞损伤、细胞凋亡、炎性反应等。大部分病理学研究集中于活体组织检查、细胞学检查、动物实验等生物化学方法,对肠缺血再灌注损伤的影像学研究较少。在PAT对肠道的成像中,尚无一种方便快速的方法可以应用于肠缺血再灌注损伤的研究。本文利用实验室现有的PAT系统,寻找一种适用于小动物肠系膜血管快速成像的方法,主要内容包括:1.探索不同PAT方法对大鼠肠道成像方法的区别,通过比较单通道扫描、体内体外成像、不同耦合方法,最终找到一种可以对大鼠肠系膜血管清晰成像的技术——仿体腔耦合的体外肠道光声成像。2.将该方法应用到大鼠肠缺血再灌注损伤的动态监测中,结果表明PAT可以作为小动物肠缺血再灌注损伤研究的有力工具。