结直肠癌是危害人类健康的重大疾病之一,具有发病率高、生长速度快和易转移的特点,给患者生命带来严重威胁。早发现、早诊断是癌症防治的最佳策略,能够显著提高结直肠癌的治愈率,能否对早期肿瘤进行精准筛查对科学诊断至关重要。光声内窥镜是一种新型无创医学成像技术,相较于传统的视频内窥术来说,具有高空间分辨率与高对比度,并能提供一定穿透深度,在消化道疾病与心血管病的诊断上具有应用前景。然而,受光声成像系统的核心功能器件——压电超声传感器制约,现有光声内窥术无法兼顾小巧的探头尺寸与优越的成像能力。针对这一问题,我们提出以光纤超声传感器作为核心功能单元,研制了尺寸小巧、分辨率高的光纤光声内窥镜,并对动物直肠进行了活体无创三维内窥成像。本文的主要研究内容如下:(1)设计并构建了以光纤超声传感器为功能核心的光声内窥探头。我们利用光纤激光传感器尺寸小、灵敏度高、无需光声共聚焦等独特优点,将其安置在直径为2.3mm的内窥探头内,探头的横向空间分辨率为10μm,轴向空间分辨率150μm,成像景深可达到1 mm。为进行性能表征,我们采用这一探头对玉兰叶脉和活体小鼠进行了二维扫描光声显微成像,能够清晰观察到叶脉的侧脉、细脉以及小鼠耳部的毛细血管分布情况。(2)基于光纤光声内窥探头,对大鼠直肠进行了活体三维内窥成像,成像长度为6.3mm,成像帧速度为1 Hz,覆盖角度达285°,激发光能量仅需200 n J。该系统能够观测到大鼠直肠内壁各个层次血管的空间分布情况,并清晰地展示出粘膜下层的毛细血管和固有肌层的较大的动脉、静脉分支,以无创手段为医学研究提供了重要的生理信息。