肿瘤,特别是恶性肿瘤,现已成为危害人类健康的重大疾病之一。目前,临床上对肿瘤疾病的诊断与治疗已经开展了大量的相关研究,并取得了长足的进步与发展。然而由于肿瘤疾病的发生和发展过程是一个多因子、多步骤的高度复杂性过程,导致多数肿瘤疾病在诊断发现时就已经进入晚期,加大了临床干预的难度,失去了治疗的最佳时机,给病人带来严重的生理和心理影响。因此,亟需探索适用于肿瘤早期诊断和精准治疗的有效方法,尽早攻克癌症这一世界性难题。在肿瘤早期诊断方面,临床上主要利用当前的一些医学影像技术,通过分析病理影像结果做出疾病诊断。然而,这些影像学方法都各自存在着一些局限性,往往导致在肿瘤疾病的早期筛查和临床检测中不能及时地做出反馈,贻误治疗的最佳时机。在肿瘤治疗方面,目前临床上主要使用的方法有手术切除、药物放疗和化疗,但是这些传统治疗手段对于恶性肿瘤疾病存在毒副作用大、效率低和治疗不彻底的缺陷。随着生物技术的发展,出现了一些具有临床潜力的新型肿瘤治疗方法,如光热疗法、光动力疗法和免疫疗法等。针对这些新型治疗方法,药物递送效率低、时效性差和治疗过程复杂等仍是亟需攻克的难题。近十年来,光声成像技术的飞速发展逐渐引起了生物医学领域的关注,该技术结合了光学成像和超声成像的特点,具有图像对比度高和成像深度深的优点,能够准确反映出生物组织中光学吸收分布的信息,特别对组织中血液吸收极其敏感。大量研究结果表明,组织在大部分肿瘤的早期生长过程中会释放大量促血管生长因子,且伴随异常新生血管化现象,主要用于给肿瘤提供足够的养分和能量。因此,光声成像技术在肿瘤疾病的早期诊断方面具备无损、无标记和适用范围广的特性。此外,在肿瘤的精准治疗方面,我们利用一种基于光声效应的药物精准递送方法,可以将纳米药物以微米量级的精度高效递送至肿瘤部位,同时结合纳米药物良好的光学特性,实现对肿瘤疾病的有效治疗。具体地,本文主要研究内容包括:1.搭建一套光声成像系统,以生物器官组织为独立单位,在宏观层面分析多种器官在同一成像深度下,从可见光至近红外波段范围内特有的光声光谱特性,同时根据实际应用需求,观察器官组织在不同成像深度下的光声光谱特性,为特定的光声成像应用提供了可达到最佳成像效果的激发光波长参考,为本文后续开展光声肿瘤成像研究及设计具有优异光学特性的纳米探针提供了前期基础。2.根据光声分子影像技术,搭建多波长声学分辨率光声显微成像系统,与合作者一起设计和利用不同种类的生物分子探针,开展对活体动物中炎症和肿瘤疾病的研究。通过观察病灶部位的内部结构和监测分子探针的聚集分布状态,导引外部干预治疗手段,以达到对疾病更有效的治疗效果。3.搭建桌面式多波长光学分辨率光声显微成像系统,观察肿瘤在生长早期过程中的血管网络变化,利用光声效应实现纳米药物递送,结合脉冲激光治疗方法,实现肿瘤早期诊断、精准治疗和预后监测的一体化设计。4.设计小型化光声成像系统,开发可手持式单波长光学分辨率光声显微镜,利用仿体实验和活体动物脑成像实验测试系统的基本性能。此外,通过建立缺血性脑卒中和失血性休克模型,观察和评估机体的血液动力学变化过程,为接下来研发手持式多波长光声腹腔镜奠定基础和积累经验。5.组装和构建多波长光学分辨率光声腹腔镜,结合基于光声效应的药物精准递送系统,分别通过对不同种类的肿瘤模型和腹腔多器官的实际递送测试,验证该多波长腹腔镜对于深层器官精准递药的能力,为未来临床研究深层器官疾病提供一种潜在的工具。综上所述,本文通过搭建不同种类的光声成像系统,开展了一系列针对肿瘤早期诊断和治疗方法的研究,证明了光声成像技术用于肿瘤疾病诊疗的可行性,为其最终广泛且成熟的用于临床研究中奠定了基础。