基于声检测的多物理场耦合成像方式是一种针对人体生理病理特性在不同物理场中的反映,利用多物理场耦合,采用声信号提取组织的生理病理特性的成像方法。本文以磁声成像(Magnetoacoustic Tomography,MAT),热声成像(Thermoacoustic Imaging,TAI),光声成像(Photoacoustic Imaging,PAI)和 X 射线诱发声计算机断层成像(X-ray Induced Acoustic Computed Tomography,XACT)几种基于声检测的多物理场耦合成像方法实现人体组织物理特性的高空间分辨率和高对比度检测。通过不同激励源对组织的作用,包括磁刺激,X射线激励以及脉冲激光激励,应用声信号检测提取组织内部所对应的不同特性进行了研究。以磁场为激励源的磁声耦合成像研究中,通过交变磁场和稳恒磁场在人体中发出的声信号反映受测组织的电导率特性,进而从电特性变化中反映受测组织的病理状态。本文提出了基于时域有限差分理论的非均匀媒介理论模型及重建算法。该算法通过模拟声传播过程中的折射和反射现象对正演模型进行解析,并通过对称位置换能器之间采集信号相关性估算组织的声学特性分布,进一步重构声源。开展的数学仿真和仿体实验分别验证算法的有效性和可行性。该方法在不引入其他成像方法的前提下解决MAT中的声学特性不均匀对正逆问题求解的影响;其在重建过程中得到的声特性分布,为MAT在实现组织电导率功能成像的同时提供结构信息。在X射线为激励源的XACT成像中研究中,X射线照射受测组织时激发的声信号反映了组织内部的射线的吸收剂量。通过对X-ray和超声结合的XACT理论模型的探讨,分析了该成像技术在进行放射治疗过程中剂量检测的可行性,并设计了结合临床直线加速器基于单阵元换能器圆周扫描的成像系统探索放射治疗过程中的对剂量检测的可行性。基于该系统,首次实现了在软组织中得到低于临床可接受最大剂量误差的剂量检测分辨率。应用临床放射治疗相同参数的直线加速器和离体组织仿体的实验,率先用XACT方法得到了软组织放射治疗过程中X射线的相对剂量分布图。为进实时检测放射治疗过程中靶区和射野位置一致性,本文建立了 XACT和超声的双模态实时成像系统。该双模态成像系统具备0.33 mm的超声分辨率和1.3 mm的XACT成像分辨率;在进行双模态实时成像时,能够达到20.6帧的超声成像速度和0.15帧的XACT成像速度。基于XACT和超声双模态成像首次实现了对放疗剂量和射野与靶区位置一致性的实时监测,为图像引导放射治疗提供了新的思路。以脉冲激光为激励源的PAI研究中,声信号反映了组织对光吸收的差异,进而反映组织与光吸收相关的生理病理特性。本文基于光声显微成像(PhotoacousticMicroscopy,PAM)技术研发了一台结合PAM,光学相干断层成像(Optical Coherence Tomography,OCT)和荧光显微成像(Fluorescence Microscope,FM)的多模态眼科成像系统。该系统基于与人眼尺寸相似的大动物眼睛进行设计,满足美国国家标准学会的激光安全标准。基于该系统,获得了新西兰白兔和荷兰色带兔视网膜新生血管的高空间分辨率多模态图像。研究结果表明该系统可以通过实现非侵入性的新生血管的可视化成像,并采用荧光素钠显示新生血管的渗漏特性。该系统上,与人眼尺寸相同的大动物眼底视网膜新生血管中得到安全、高分辨率图像,能够有助于技术临床转化。总的来说,本文以基于声检测的多物理场耦合成像为核心,分别对MAT的算法,XACT的理论及其应用和以PAM为主的多模态成像在眼科的应用进行了研究,探索了在不同激励源的前提下,利用声波提取生物组织内部不同特性多物理场耦合成像方法。在MAT领域解决了声学非均匀媒介的理论问题,为磁声耦合成像同时获得功能和结构信息提供的可行性。在XACT领域首次获得了放射治疗过程中软组织内的相对剂量分布图,并建立了临床可用的双模态实时成像系统。在PAM为主的眼科成像中,获得了大动物眼睛的视网膜新生血管高分辨率图像。