无损光声成像技术是新发展起来的一种非入侵式和非电离式的新兴医学成像方法。该技术以脉冲光作为激发源，利用声信号作为信息载体，结合了纯光学组织成像中高选择特性和纯超声组织成像中深穿透特性的优点，可得到高分辨率和高对比度的组织图像。光声成像通过光学吸收差异特性反映组织生理病变的功能影像将在生物医学领域具有广阔的应用前景。 本论文在课题组的前期研究基础上，改进和构建了高精度单元旋转扫描和快速多元组合扫描的在体小动物脑部光声成像装置，并利用内源对照的血红蛋白分子和外源对照的血管造影剂分子，实现了小动物脑皮层血管网络结构的高分辨光声成像和基于血液动力学变化的功能光声检测及监控成像。为脑功能研究提供了一种新的无损高分辨高对比的技术手段，同时为光声成像技术应用于临床病理分析研究及检测打下了扎实的理论和实验基础。主要工作内容包括： 1、建立了一套高精度单元扫描的适用于活体动物脑部成像的光声系统；实验测量其成像中心的空间分辨率为～110μm；实现了对血管网络复杂结构的高对比度和高分辨率的清晰影像，特别是在活体情况下，光声成像揭示了小鼠脑部颅骨内皮层组织的形态特征和结构分布，为在体脑功能研究提供了可行性的技术和研究装置。 2、实现了光声脑外伤检测成像。光声成像成功定位小鼠颅骨内针刺损伤的位置和清晰展现组织损伤引致的颅内瘀血；利用聚焦声透镜窥视了外损伤小鼠脑部的层析扫描成像，获得组织损伤在深度层面的信息；成功利用光声成像观测到外损伤金属异物在颅内的形态结构及位置信息，并提出利用光声成像检测组织低密度异物的概念及可行性途径，为组织体内低密度异物检测这一医学盲区指明了研究方向。 3、实现了基于脑部血液动力学变化的光声成像监控。利用光声成像技术对血红蛋白的高特异性激发，通过单元旋转扫描光声信号采集系统对动物脑缺血模型、药物调控脑血管血流灌注模型和脑损伤康复过程进行监测成像研究。光声成像以其足够高的空间分辨率，通过观察动物脑区内血管形态改变、血液容量/流量等参数的变化，开拓了脑功能成像应用基础研究方向。 4、实现了近红外光结合外源光吸收增强对照剂的光声脑部血管造影成像。近红外光在生物组织上有较深的穿透能力，而作为光吸收增强剂的外源染料吲哚菁绿注射到脉管网络后则增加了血管对光的选择性吸收，从而增强了血管光声信号的强度，提高光声系统对血液检测的特异性和灵敏度。实验无损地对小鼠脑部进行光声血管造影成像，获得了清晰的脑皮层血管网络分布图像。此技术提供了一种高效检测血管病变、肿瘤血管新生及监控血液动力学变化的可行性研究手段。 5、建立了一套快速的基于多元线性阵列探测器利用组合扫描方式的光声动物脑部成像系统。实现了快速在体小鼠脑部皮层血管的扫描成像，并系统分析了扫描位置数目与重建图像质量之间的关系；进一步利用此系统快速地监控了小鼠脑部外源药剂在大脑中动脉的代谢情况。组合扫描模式结合了多元光声成像和单元光声成像的特点，能够在较短的时间内提供较高质量的重建图像。此方式既能保证较高的时间分辨率又提高了系统成像复杂结构的能力，对光声成像技术在医学应用检测模式上现实了突破。