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光声成像技术(Photoacoustic imaging，PAI)是一种结合了光学和超声成像各自优势的新兴成像技术，是当前发展最为迅猛的成像技术之一。光声层析成像(Photoacoustic tomography，PAT)是PAI技术重要的应用领域之一，常用于临床医学成像和活体小动物全身成像。多光谱PAT技术可以进一步获取功能性信息，因而具有很大的研究与应用价值。
经过对现有的PAT成像系统进行研究与分析，本文发展了一套多角度片光照射模式的多光谱光声层析成像系统。该系统利用多角度片光技术对目标体进行激发，同时采用具有聚焦特性的探测器进行信号检测，进而有效提高了系统的层析成像能力。
图像重建算法是成像技术的重要组成部分。基于模型(Model-Based，MB)的重建算法相比于反投影重建算法在定量上更加精确，但是，MB算法在重建过程中需要建立前向模型，因而具有较高的计算代价。特别对于探测器表面较大的成像系统，重建算法在考虑探测器的几何尺寸时会导致计算代价将进一步增大。由于大晶面柱聚焦探测器具有高层析分辨能力等特性而广泛用于PAT系统，针对这种常用的大晶面探测器，本文结合虚拟平行投影方法对MB算法进行了修正，发展了基于虚拟平行投影模型(Virtual Parallel-Projection Model-Based，MB-VP)的光声重建算法以减少计算代价。通过这种方法，考虑晶面的MB算法中各个晶面微元点的前向模型累加求和被一个虚拟平行投影模型所取代，所需的计算时间与内存需求也相应得到了减少。
本文所发展的成像系统经过了实验验证，证明其具有高分辨的特点。所提出的方法分别用数值模拟、仿体实验重建和活体小动物实验进行了验证，重建结果在图像保真度方面展现了令人满意的结果，同时，虚拟平行投影模型算法在考虑到探测器几何尺寸时未增加计算时间和内存需求。最后，本文开展了活体小动物实验，成功获取了活体小动物的结构和功能性信息。
经过对现有的PAT成像系统进行研究与分析，本文发展了一套多角度片光照射模式的多光谱光声层析成像系统。该系统利用多角度片光技术对目标体进行激发，同时采用具有聚焦特性的探测器进行信号检测，进而有效提高了系统的层析成像能力。
图像重建算法是成像技术的重要组成部分。基于模型(Model-Based，MB)的重建算法相比于反投影重建算法在定量上更加精确，但是，MB算法在重建过程中需要建立前向模型，因而具有较高的计算代价。特别对于探测器表面较大的成像系统，重建算法在考虑探测器的几何尺寸时会导致计算代价将进一步增大。由于大晶面柱聚焦探测器具有高层析分辨能力等特性而广泛用于PAT系统，针对这种常用的大晶面探测器，本文结合虚拟平行投影方法对MB算法进行了修正，发展了基于虚拟平行投影模型(Virtual Parallel-Projection Model-Based，MB-VP)的光声重建算法以减少计算代价。通过这种方法，考虑晶面的MB算法中各个晶面微元点的前向模型累加求和被一个虚拟平行投影模型所取代，所需的计算时间与内存需求也相应得到了减少。
本文所发展的成像系统经过了实验验证，证明其具有高分辨的特点。所提出的方法分别用数值模拟、仿体实验重建和活体小动物实验进行了验证，重建结果在图像保真度方面展现了令人满意的结果，同时，虚拟平行投影模型算法在考虑到探测器几何尺寸时未增加计算时间和内存需求。最后，本文开展了活体小动物实验，成功获取了活体小动物的结构和功能性信息。