光声计算层析成像（PACT）不需要外源性对比剂便可获取厘米级深度的光声图像。然而，来自皮肤的高强度光声信号遮盖了皮下深层组织信息，阻碍了感兴趣区域光声图像的正面显示和分析。因此，笔者提出了融合多尺度感知和残差连接的U型深度学习模型，并采用该模型实现了PACT光声图像中皮肤信号的智能分割。首先，提出以单类皮肤区域标注为基准标签图像的非像素级皮肤区域标注方法，该方法不需要像素级图像标注，能够显著降低数据处理的复杂度；然后，设计了皮肤完整性拟合和皮肤掩膜生成算法，并采用该算法实现了PACT图像中皮肤信号的自动去除。使用PACT成像实验获得的人体腿部外周血管光声图像验证了所提方法在皮肤组织高精度智能提取和去除方面的正确性和有效性。与现有的皮肤去除工作相比，本文所提皮肤去除算法对MAP图像的重建误差下降了50%~70%，峰值信噪比平均提升了约4.5 dB，为深层组织PACT图像的高清晰显示提供了一条有效途径。

声学分辨率光声显微技术具有较高的光学对比度和声学分辨率以及大穿透深度等优势，是一种具有广阔应用前景的生物医学成像技术。聚光镜聚焦与单侧侧面激发等传统的激发方式具有光斑不均匀、存在光学热噪点、光能利用率低等不足，在一定程度上限制了声学分辨率光声显微技术的临床前和临床应用。本团队通过改进声学分辨率光声显微镜的激发方式，由单侧激发改为双侧激发，提升了成像过程中光束对复杂生物组织的覆盖面积，从而提升了成像质量。结果表明，双侧激发方式使得声学分辨率光声显微镜在复杂生物样品成像过程中可以获得更高的对比度和信噪比，成像性能更好。

光声成像技术（PAT）通常将生物组织对光的吸收系数视为标量，然而大多数生物组织具有各向异性，对不同偏振态的光的吸收系数是不同的，这限制了光声成像技术在一些有偏振需求的临床诊疗中的应用。基于此，设计了一种基于光纤引导的激发光手持偏振角度可调的光声计算层析成像（PACT）探头，并搭建了偏振PACT系统，旨在为术中偏振组织检测提供影像学依据。激发光由非保偏光纤引导传输，经过一系列透镜整形后，由起偏器起偏并用半波片调节激发光的偏振角度进行声信号的激发。实验中，通过对不同光轴方向和位于散射介质不同深度偏光片进行多次偏振光声成像实验，成功地实现偏光片的光轴方向检测和深度成像。此外，通过使用两个正交偏振角度的激发光对牛肌腱进行光声成像，成功地提取了牛肌腱的结构信息，验证了所设计的手持偏振光声成像探头及偏振PACT系统的成像能力和各向异性检测性能，有望为具有各向异性生物组织（如神经和肌腱）的术中诊断和治疗提供影像学依据。

利用微米级分辨率的高分辨光声显微成像系统,对小鼠耳部肿瘤早期血管的生长以及肿瘤对抗血管治疗药物的响应过程进行连续无标记的成像监测;提出将基于三维Hessian矩阵的血管提取算法应用于肿瘤血管的光声定量成像,以提高肿瘤血管的提取精度,并定量分析肿瘤血管的直径、密度、弯曲度等形态学信息变化。结果表明,高分辨光声定量成像在肿瘤及其他以血管变化为病理特征的疾病机制研究方面具有巨大的应用潜力。

声学分辨率光声显微镜探测深度可达厘米量级，已有声学分辨率光声显微镜照明方式的主流设计方案在明场、暗场照明方式切换，光能利用率等方面仍存在不足，在一定程度上限制了声学分辨率光声显微镜系统的应用范围。提出了一种能够提高光能利用率，可实现明场、暗场照明切换并增大调节范围的声学分辨率光声显微镜系统设计，利用凸透镜对光束的会聚功能，对发散环形光束产生一定程度的聚焦，减小环形光束的环带尺寸。蒙特卡罗模拟结果显示，最终入射在组织表面的光斑直径得到有效减小，组织中超声换能器有效探测区域的光能流量分布最多可增强6倍，因此光声信号强度也相应地得到线性增强；与此同时，凸透镜的加入还增加了系统光聚焦深度的调节范围，在超声换能器聚焦深度不变的情况下，调节系统的光聚焦深度，有助于在不同样品中获得最佳的光声信号强度。

稳态光谱技术正被越来越多地用于组织结构和功能互补信息提取。 通过仿体实验论证稳态光谱技术在光学参数和固有荧光提取方面的优越性。 仿体实验中, 血红蛋白被用作吸收子, 聚苯乙烯小球被用作散射子, Stilbene被用来产生荧光。 实验总共制备两组仿体, 它们具有相同的散射系数和不同的吸收系数, 在每组仿体中进行4次荧光素滴定。 实验结果表明, 组织光学参数和固有荧光均能够被精确提取, 从而证明了稳态光谱技术在提取具有互补特性的组织结构和功能信息方面的优越性。