光声显微镜能够在亚细胞分辨率水平下进行功能成像,从而反映生物组织的血氧代谢能力及其功能异常,为基础医学研究与疾病诊断提供了重要的影像学手段。然而,受到超声探测元件——压电换能器的探测能力所限,现有微型化光声显微镜的功能成像能力不足,限制了这一技术在可穿戴影像设备和内窥成像中的应用。针对这一问题,本文深入研究了光声显微镜功能成像能力的限制因素并提出超声谱补偿技术,提升了血氧饱和度测量的准确性,进而基于高灵敏度宽带光纤超声传感器实现了微型化光纤光声显微镜,并对脑组织和动物直肠进行了高分辨率的血氧功能成像。本文的主要工作内容如下:（1）厘清了光声显微镜功能成像能力的限制因素,提出超声谱补偿技术使其血氧饱和度测量与功能成像的准确性得到提升。建立了频域光声激发与探测的理论模型,定量分析了吸收组团尺寸、激发光脉冲宽度、超声传感器频响特性等因素对血氧饱和度测量的影响。研究发现:具有特定带宽的超声换能器对于尺寸相匹配的血管具有选择性的信号增强效果;同时,激发光的脉冲宽度不同,激发出的光声信号频谱也就不同。这些因素均对血氧饱和度测量的准确性带来不利影响。针对这一问题,本文提出超声谱补偿技术,通过补偿使血氧饱和度测量结果与血管直径及脉冲宽度无关,补偿前血氧饱和度测量结果与真实值相差15%,而补偿后则与真实值基本相符。（2）基于宽带高灵敏度光纤超声传感器实现了微型化光声显微镜,并对活体动物脑组织与直肠内壁血管进行了高分辨率光声功能成像。理论模型发现,超声传感器的探测带宽越宽,就越能克服低频频段的“无效信息”,更有效地拾取血氧饱和度变化。基于这一理论指导,通过化学腐蚀法将光纤传感器的工作带宽提升至40 MHz。基于该传感器构成微型化光声显微镜对小动物脑组织进行了血氧功能成像;基于该传感器,制备了外径仅2.3 mm的光声内窥镜,以15μm的横向空间分辨率获得了活体小动物直肠壁血管的血氧分布结果。