黑色素瘤转移至肝脏的患者生存率很低,又因为其侵袭性进展和高转移风险,黑色素瘤具有不良预后以及高发病率和高死亡率。因此,早期精准诊断肝脏微小转移对提高预后和生存率至关重要。传统的影像技术手段面临着较低的灵敏度,较长的扫描时间,高昂的检查费用以及电离辐射等局限性,因此,有待提出一种新的医学成像技术去解决这些问题。而光声成像技术以高光学对比度,高空间分辨率,成本低,实时成像以及无电离辐射的优势可以很好的补充现有的成像技术对早期肿瘤进行检测和表征。而且,基于光声图像的肝肿瘤计算机辅助诊断有助于临床肿瘤样本快速精准的诊断。本论文主要内容概括如下:第一章,我们归纳了黑色素瘤肝脏转移的研究现状,包括发病现状,转移机制和现有的治疗手段。随后,总结了黑色素瘤肝脏转移分子影像学诊断现状,包括了超声成像,MRI,CT,PET和PAI。接着,对在肝肿瘤中的影像组学研究进行了总结。最后提出本论文选题依据及研究内容。第二章,我们通过构建黑色素瘤肝脏转移小鼠模型,评估了光声成像技术对其进行早期诊断和术中光声图像引导肿瘤切除术的能力。在体外实验中,PAI检测极限约为每微升219个细胞。在体内实验中,PAI在7 mm的深度处可检测到最小至400 μm的黑色素瘤。同时,我们证明了 PAI作为一种新的影像学方法,具有较高的灵敏度和特异性,可以检测传统影像学技术无法检测到的亚毫米级别的小肿瘤,实现肿瘤的早期诊断,可以帮助指导医生尽早制定治疗方案。另外,在高分辨高灵敏的检测条件下,通过光声图像指导术中导航进一步减少残留来指导肿瘤切除。第三章,我们通过构建黑色素瘤肝脏转移以及原发性肝癌小鼠模型,以光声成像的无标记方法研究肝脏肿瘤氧合情况以及肝脏ICG代谢的可行性。我们的研究表明光声技术可以很好地评估小鼠肝脏的氧合情况,同时产生高分辨率的结构信息,并且通过免疫组织化学和病理学方法进行验证。随后,我们使用该系统评估了原发性肝癌小鼠ICG代谢情况。总之,光声功能成像可以很好的评估肝脏肿瘤氧合动力学以及药代动力学,同时也为明确制定治疗方案和确定预后评估提供了重要价值。第四章,我们利用光声成像技术对黑色素瘤肝脏转移小鼠成像,并将影像组学特征分析方法与光声成像技术结合构建黑色素瘤肝转移计算机辅助诊断模型,进而实现快速、无损、准确的诊断。我能利用影像组学特征提取方法从肝脏肿瘤组织光声图像中提取了 106个特征,然后通过mRMR特征选择算法和TPOT自动机器学习工具对提取到的数据进行分析和处理,最后成功构造了对正常肝脏组织和肿瘤组织的分类模型,AUC值达0.96,说明该模型具有极高的准确性。与病理学染色相比,该方法避免了繁琐的实验步骤,节省了时间,而且准确性极高,能够极大的辅助临床医生的诊断和治疗。第五章,我们提出了基于光声图像的肿瘤计算机辅助诊断模型以区分检测肿瘤样本的良、恶程度。我们的结果表明通过提取光声图像的轮廓信息可以区分正常组织和肿瘤组织之间的边界并且可以快速显示肿瘤的浸润程度。低分化和中分化肿瘤ROC分析的AUC直方图参数峰度最高。因此,直方图参数峰度可以作为鉴别肿瘤异质性程度的一种潜在工具。这意味着与传统的病理诊断方法相比,光声图像直方图分析是一种快速精准的判别方法,有助于肿瘤病理分析。