本研究围绕光声成像在克罗恩病中的研究为主题展开并讨论,主要包括四个方面:多光谱光声成像在克罗恩病动物模型中的研究、多光谱光声成像在人体克罗恩病中的研究、弹性-光声成像在克罗恩病动物模型中的研究、内窥式光声成像在克罗恩病中的研究。本工作在介绍理论背景以及前期临床研究的调研工作后,首先讨论了使用多光谱光声成像在克罗恩病动物模型中的研究这一课题。多光谱光声成像实现了光声成像可以提供生物分子含量信息的功能。该研究中,首次提出使用多种波长分别检测血红蛋白和胶原蛋白两种关键性的生物分子含量以反应克罗恩病病理特征的方法。在设备上,使用可编程的超声成像平台并自主研发进行功能性的延展,配合激光使其具有光声、超声双模态成像功能,并将其用于克罗恩病的研究。实验按照激光照明方式的不同主要包括两个部分,一部分是通过微创的体内照明进行成像,体内照明可以避免光衰减过强的问题,但光纤插入体内会造成微创。所以在经过系统优化后,又转为采取体外照明的方式,并通过空间光纤结构优化使光能量达到成像的要求。实验结果说明,多光谱光声成像可以帮助诊断、判别不同病症的克罗恩病。进而,本研究将工作推进到临床研究阶段。使用多光谱光声成像的办法对临床病人进行检测有着很大的挑战,因为病人的病灶位置往往未知而且一般在皮下几厘米深处,这首先是对成像深度的挑战。其次是病人的病情往往比较复杂,不能通过简单的急性和慢性肠炎来区分,更多的情况是两者的混合,而且肠道无规律的蠕动对成像的稳定性也有一定的影响。因此,在实验中,采用的是低频的腹部超声专用探头,减少有效信号的衰减,以提高信噪比和成像深度,经过优化成像深度最深已经可以达到6 cm,满足绝大部分的病例需求。除此之外,每位病人的图像会结合临床的诊断进行分析、并确认病症,由于个体间腹部皮肤、脂肪、肌肉厚度等均会影响量化标准,因此在此研究中只着重关键性的特征比对,比如在1310 nm波长下光声信号强度反应的胶原蛋白含量与病理切片的比对,如果信号比较强则说明该病人具有纤维化慢性肠炎的特征,病理切片染色后呈现蓝色也说明其具有纤维化的特征。不仅限于病理切片,还包括CT、多普勒超声等已经在临床成熟应用的手段进行验证,均证实多光谱光声的成像方式可以反映病人的克罗恩病症情况。在实验中发现,克罗恩病不仅与血红蛋白、胶原蛋白等生物分子含量相关,还直接影响了肠壁组织的弹性。因此,本研究首次提出弹性-光声理论来从另一个角度解决克罗恩病症的诊断和不同病症的区分。弹性-光声是首次提出的创新性想法,其目的是使用光声成像的办法对生物组织内部的弹性进行测量。在体测量生物组织弹性一直是一个科研难题,原因是难以直接测量组织内部的应力,而使用测量皮肤表面的应力代替内部的测量会带来极大的误差,不能满足实际需求。弹性-光声成像的设想是以光声信号的变化测量来代替应力测量,本研究根据血管的形变理论和一些经验公式,推导出弹性参量与光声信号变化和形变的关系。也就是说,通过测量光声信号的变化,和组织的形变,即可得到组织的弹性参量（近似杨氏模量）。弹性-光声成像同样在的克罗恩病动物模型中得到验证,实验结果说明使用弹性-光声测量的弹性参量值中,急性炎症个体的值大小约为慢性炎症的二分之一,这一情况与实际体外测量得到的数据相吻合。本研究的最后部分内容是将多光谱光声成像向内窥式光声成像方向进行转化。内窥式的成像方式首先是可以和现在临床应用的结肠镜成像仪最大程度的兼容。结肠镜成像仪的器械通道可以为光声成像设备提供空间,并替代原有的组织活检针。其次,内窥式的成像方式可以尽可能少地考虑皮肤、肌肉、脂肪层对光的衰减,可以实现简单处理后的图像量化。本研究在商用化的心内超声成像阵列的基础上进行开发研究,在其基础上自行设计了气囊式的光声成像的探针。该气囊式的探针结合超声阵列、侧向发光光纤、注水设备等,实现了内窥式地多光谱光声成像。在实验中,采用患有克罗恩病的老鼠模型进行实验,使用气囊式的多光谱光声成像探针对不同病症的老鼠进行成像,并通对图像的量化分析,最后的结果说明该探针可以成功区分急性肠炎和慢性肠炎个体,并与病理学切片的结果相验证。