近年来,光声成像作为一种新型的非侵入式生物医学成像技术,越来越受到人们的重视。光声成像技术利用脉冲激光或调制激光激发组织辐射超声信号,即光声信号,随后通过分析光声信号得到组织的解剖图像、功能性图像或组织生理学信息。与传统的光学成像技术、超声成像技术、磁共振成像技术以及CT成像技术相比,光声成像技术具有成像深度深、分辨率高、对比度高、多参数、快速安全、成本较低等诸多优势。光声成像技术目前已被广泛应用于活体生物组织的结构以及功能检测,包括三维血管网络成像、血流信息检测、组织弹性检测、肿瘤检测等。组织微结构性质决定了组织的功能,反映了组织的健康状况。考虑到光声成像技术在检测多样化的生理、病理信息方面的优势,本文立足于光声成像技术的基本物理机制,提出了多种新型的光声检测方法并应用于组织微结构性质的检测,包括微结构几何信息、力学信息等。本文首先介绍了组织微结构检测的重要医学意义,并且简要介绍了现有的常用检测技术。为了弥补或解决现有技术的某些不足之处,本文引入了近二十年来发展迅速的新型医学成像方法——光声成像技术。绪论通过对光声成像基础知识以及多参数检测优势的介绍,说明了光声成像技术在组织微结构检测领域的巨大应用前景。从第二章至第六章属于本文的主体部分,它们分别详细介绍了光声频谱分析方法、光声信号包络Nakagami统计分析方法、光声本征谱分析方法以及自主开发的光声超声双模成像系统,这些方法被用于检测微结构尺寸、浓度、弹性、疲劳等不同性质。第七章对本文内容作了总结,并对未来可开展的研究作了展望。本文从组织微结构性质的多个角度出发,提出了不同的检测方法,这些方法可用于对组织微结构进行非侵入式、非接触式检测。由于微结构性质是反映疾病的重要指标,因此本文的工作将有望在这类疾病的检测中发挥重要作用。