光声成像（Photoacoustic Imaging，PAI）是近年来发展起来的一种新型生物医学成像方法。当脉冲激光照射到生物组织中时，组织的光吸收域将产生光声信号，生物组织的光声信号携带了组织的光吸收特征信息，通过测量光声信号能重建出组织中的光吸收分布图像。光声成像结合了纯光学成像高对比度特性和纯超声成像高穿透深度特性的优点，从原理上避开了光散射的影响，突破了高分辨率光学成像深度“软极限”（～1 mm），可实现50 mm的深层活体内分子成像。因此，光声成像必将带来生物医学影像领域的一次革新。　　 本文将光声成像与分子标记技术结合提出了光声肿瘤分子成像方法与技术，靶向性定位肿瘤，实现肿瘤的早期特异性检测。通过研究光、声等能量形式在复杂生物组织中的输运理论，建立了适用于生物组织的光声分子成像理论基础；研制了一套集连续可调谐的脉冲激发、多元线性阵列超声探测、高灵敏度弱声信号检测于一体的高分辨率快速3-D光声乳腺CT成像系统；构建了基于整合素αvβ3抗体标记SWNTs的肿瘤分子探针；利用改进的代数迭代算法进行光声图像重建，实现体内肿瘤二维、三维可视化。同时，本文利用光声联合荧光、X-Raying、超声等多模态成像技术开展肿瘤早期检测中的应用研究。　　 主要工作内容包括：　　 1.首次提出可无损快速实现生物活体内肿瘤早期检测的光声分子成像方法。该方法能有效解决传统光学成像技术面临的生物组织高散射问题，可突破高分辨光学成像深度的“软极限”，可在厘米深度实现微米量级的肿瘤分子成像。通过研究光、声等能量形式在复杂生物组织中的输运理论，建立了适用于深层肿瘤的光声分子成像理论基础与成像方法。　　 2.研制了一套集连续可调谐的脉冲激发、多元线性阵列超声探测、高灵敏度弱声信号检测于一体的高分辨率快速3-D光声乳腺CT成像系统。该系统有机的将电子扫描和机械扫描相结合，利用权重因子的有限场滤波反投影算法实现光声二维图像重建；利用声透镜聚焦与深度方向的层析扫描可实现光声三维图像重建，为肿瘤的早期检测提供了技术基础。　　 3.构建了可用于光声分子成像的肿瘤靶向探针。本文将靶分子整合素αvβ3特异性抗体（Anti-αvβ3）连接到光声造影剂碳纳米管（SWNTS）表面构筑成靶向光声纳米探针，依靠抗原--抗体之间的特异性结合，使光声造影剂主动结合到肿瘤组织病变特异分子地址，从而实现靶向性的光声肿瘤早期特异性检测。　　 4.发展了光声肿瘤分子成像信息提取、反演及图像重建算法。提出了适用于3-D光声乳腺CT成像系统的改进SIRT图像重建算法。该算法能减少由于投影数据不完备造成的伪迹，可提高图像的重建质量。　　 5.开拓了光声分子成像与荧光、X-Raying和超声等多模态联合成像方法与技术，开展了肿瘤早期检测方面的应用基础研究。　　 因此，本文提出的光声肿瘤分子成像方法为无损快速实现活体内肿瘤分子定量可视化提供了一种全新的科学观察方法与技术手段，有望在细胞与分子水平对肿瘤病变进行观察和分析，将在肿瘤的早期特异性检测与肿瘤疗效评估中发挥重要作用。