光声成像(photoacoustic imaging,PAI)是一种新兴的结合了光学和声学特性的复合型生物医学成像技术。它不仅继承了传统光学成像的高光学组织对比度,能够实现生物组织的特异性功能性成像;而且由于其探测的是脉冲光所激发出的超声信号,相比于纯光学显微成像,其成像模式突破了光学衍射的极限,因此具有更大的成像深度。光声成像的空间分辨率和图像特征与系统扫描方式、超声探头的频率响应、数值孔径等各因素有关,可达到毫米至微米量级,可根据不同的目的采用不同的系统设计方案。光声成像在癌症的早期无损检测、相关药物研发、以及治疗检测等领域有广泛的应用。光声成像通过结合靶向造影剂,能够对靶向造影剂在肿瘤内的分布进行高分辨率、高成像深度和高灵敏度的特异性功能成像,对在分子层面研究肿瘤的形成,相关药物治疗肿瘤的机理,考察其治疗效果有重要的科学意义。然而,由于在进行体光声成像时,即使选用合适的波长,肿瘤和周围组织的血液的光声信号也常常将对靶向造影剂的光声信号淹没;另外,在体光声成像采用的背向探测模式也不利于从更多的角度对肿瘤组织进行探测,从而不能有效的对造影剂在肿瘤中的分布进行合理的评估。为此,本文提出采用光声层析成像的方法,在离体条件下对肿瘤中的靶向造影剂分布进行检测。本文搭建了一套基于线聚焦探头的柱形扫描三维光声层析成像(photoacoustic tomography,PAT)系统,对系统的性能进行了测试,并用其进行了离体小鼠肿瘤中造影剂分布的初步研究。主要内容包括如下几个方面:1.光声成像的基本概况,原理和分类。本文阐述了和其他几种常用的医学成像方式对比的优势,综述了光声成像作为一种新兴的成像方式,对肿瘤病理和治疗监测中的研究进展。2.论述了光声产生和传播的原理。另外,本文还给出了两种不同的光声层析成像的重建算法,并比较了它们的优缺点。3.二维光声层析成像的研究。本文先对所用到的光声层析成像系统进行了详细的描述,并利用此系统用两种不同算法分别对仿体扫描数据进行了二维光声层析成像,并对图像重建结果进行了论证分析,为三维成像奠定了良好的实验基础。4.离体小鼠肿瘤三维光声层析成像。本文首先搭建了一套基于线聚焦超声换能器的柱形扫描的三维光声层析成像系统。详细介绍了进行三维层析成像的方法,给出了超声换能器的性能参数对系统最终分辨率的影响。介绍了两种不同扫描方式,对比了其优缺点。之后,利用本实验搭建的三维光声层析系统对头发丝仿体进行了成像测试。用此系统进行了载有ICG的离体小鼠肿瘤光声三维层析成像,通过对扫描实验结果的分析,初步评估了该光声成像系统在肿瘤药物分布检测应用中的可能性。