得益于生物组织内部内源性的光学吸收，光声成像结合了纯光学高对比度特性和超声高穿透深度特性的优点，为乳房、黑色素肿瘤、脑部微血管、眼睛组织等生物组织成像提供免标记、高分辨率的图像。目前多数的光声显微技术都依赖于样品内部色素的光吸收，例如黑色素瘤中的黑色素，血细胞中的血红蛋白，脂质等光学吸收特性物质。但是，如果样品是强散射弱吸收的物质，那么其激发出来的光声信号极其微弱，难以用传统的光声探测技术进行探测，也就是说现有的光声显微镜无法对强散射弱吸收的生物组织进行免标记成像。因此，本文提出新型的散射光声显微成像技术，将额外的吸收体引入光声显微成像系统，不依赖任何外部的荧光标记物，对强散射弱吸收的生物细胞进行成像，弥补了传统光声显微镜只能对有光吸收的生物细胞进行成像的不足，在医学领域具有潜在的应用。　　 相比单光子光声显微成像技术，双光子光声显微成像技术具有更高的横向分辨率和纵向分辨率，可以实现生物组织中深层物质的层析成像，对活体细胞和组织的光损伤以及光毒性都很小，适合长时间的研究，甚至无需共聚焦针孔就能够得到高清晰的三维图像。目前已有的双光子光声成像技术都是通过采用双光子吸收较强的造影剂对样品标记进行双光子光声成像，得到的是标记物在样品中的双光子吸收分布图像，并非通过激发样品本身的对双光子选择激发性的物质得到双光子吸收分布图，且成像分辨率较低，对比度较差。为了进一步实现双光子光声免标记成像，提高成像分辨率以及图像对比度，我们课题组提出了采用高灵敏度的微腔光声探测器与激光扫描技术相结合，利用“激光激发—诱导双光子光声信号—光声探测—图像重建”的方法，成功研制了激光扫描双光子光声显微成像系统，并对生物细胞进行了双光子光声成像。　　 本论文主要完成的工作如下:　　 第一，将散射光声探测技术引入光声显微成像系统，利用吸收系数很高的黑铁吸收被样品散射开来的光子，从而产生较强的光声信号，利用该信号重构出样品的散射光声显微图像，也就是样品的散射特性分布图。利用该散射光声显微镜实现了对强散射弱吸收的生物细胞进行免标记，高分辨率，高对比度成像，弥补了传统光声显微镜只能对有光吸收特性的生物细胞进行成像的不足。　　 第二，从波动方程角度出发，在理论上系统地阐明和完整地描述双光子光声效应，导出固体介质中的双光子光声信号的表达式。由于双光子的跃迁概率很小，特别是在非荧光物质中由于荧光量子效率很低，以及在凝聚态物质中由于存在严重的双光子淬灭现象，使得本来就很微弱的双光子信号更加难以探测，因此，本文从光声信号的产生机理出发，建立了微腔探测技术的理论模型，在此基础上，成功设计了一种新型高灵敏度的微腔光声探测器，利用该探测器能够探测到样品所激发出来的双光子光声信号。　　 第三，在微腔光声探测技术的基础上，搭建了研究样品的双光子吸收特性曲线的实验系统。采用该系统成功探测到氧化锌纳米线以及玉米叶子上表皮细胞产生的双光子光声信号，并获得了氧化锌纳米线以及玉米叶子上表皮细胞的双光子吸收特性曲线。　　 第四，结合激光扫描技术，完成了整个激光扫描双光子光声显微镜成像系统的搭建以及调试。激光扫描双光子光声显微镜成像系统硬件系统主要由激光扫描系统、光学显微平台、信号采集系统三个部分组成。软件控制系统主要实现振镜控制、数据采集、处理、重建图像等功能。利用该系统成功获取了玉米叶子上表皮细胞的双光子光声显微图像，图像结构清晰，对比度高，可以清楚地观察到玉米叶子上表皮细胞的内部结构，证明了该双光子光声显微镜具有对生物组织进行免标记细胞水平成像的能力。