光声成像是一种新型的生物医学成像方式。相比于传统的成像技术,光声成像具有多种优点。它反映的是组织对激光的吸收分布,比超声成像具有更高的对比度；它采集的是超声信号,相比于纯光学成像具有更深的穿透深度；它采用的能量源是激光,属于非电离辐射,在控制适当的能量范围内,相比于X光成像等电离辐射成像技术,具有无损的优点；同时光声成像还具有功能成像的能力。因为这些优点,光声成像在生物医学各领域拥有广泛的应用前景,针对该成像技术的研究具有重大的实际意义。光声图像重建方法是成像技术中的关键技术,图像重建方法的好坏直接影响了光声图像的质量和获取图像的速度。以目前图像重建方法的研究现状来看,迭代重建方法是一类使用较广、质量较高的重建方法,但是也存在一些问题。本论文针对迭代重建方法稀疏采样下重建质量下降、无法适应多扫描模式、算法计算量大等问题展开研究,提出了具有高性能的光声图像重建方法,具体研究内容包括以下几方面。提出一种基于全变分-梯度下降的光声图像重建方法。在光声图像重建的过程中,引入图像全变分方法,利用图像全变分值较小的特征,在满足约束条件的情况下,求取全变分值最小的图像作为图像重建的解。在提出的新方法中,将图像的全变分值添加进迭代重建的目标函数中,通过梯度下降法来降低图像的全变分值并完成图像重建。计算机仿真和仿体实验结果表明,通过引入全变分参数,本论文提出的图像重建方法对于数据数量的依赖性明显降低,在角度稀疏的扫描情况下,重建图像依然能保持较高的质量,重建的准确性高于滤波反投影法、反卷积重建法等其他重建方法。将提出的全变分-梯度下降法拓展到多扫描模式情况,将多扫描模式的光声图像重建纳入统一的计算框架中。对于不同的扫描模式,只需根据其扫描轨迹的几何特性计算相应的采样矩阵,即可在同样的框架下完成图像重建。通过计算机仿真和仿体实验,对全角度圆周扫描、有限角度圆周扫描、直线扫描和不规则轨迹扫描等多种模式进行了验证。结果表明：本重建方法均是有效的,并且重建图像质量优于算术重建方法、Norton法等其他迭代重建方法。提出一种基于极坐标的光声图像重建方法。针对二维圆周扫描情况下的光声成像,在极坐标下建立光声成像的前向模型,并基于此模型进行图像重建。该方法充分利用了扫描圆周的中心对称性,避免了采样矩阵的重复计算,有效地减少了计算量。通过计算机仿真和仿体实验验证了所提出的方法,结果表明：相比笛卡尔直角坐标系下的图像重建方法,极坐标下的迭代重建方法可以获得质量相近的重建图像,而计算时间却得到了减少。提出一种基于离散余弦变换的光声图像快速重建方法。该方法建立起光声图像和光声信号变量离散余弦变换系数之间的模型,并使用离散余弦变换系数来进行光声图像重建。通过设置阈值,选取一小部分变换系数用于图像重建,而这一小部分系数包含了重建所需中的绝大部分信息。通过计算复杂度的比较,表明本重建方法在理论上计算量要小于算术重建方法。通过仿真实验,讨论了方法中阈值的最优选值。结果表明,该方法可在保持重建图像高质量的同时,有效提升了计算效率。仿体实验结果的比较表明,该方法在计算效率和实用性方面相比于全变分梯度下降法等其他方法具有优越性。作为图像重建研究的基础,本论文还对光声成像的计算机仿真进行了研究,提出了结合飞行时间法和时域有限差分法的仿真方法。通过短时傅里叶变换对飞行时间法信号的高频部分和时域有限差分法信号的低频部分进行融合,获得新的仿真信号。仿真实验结果表明,此仿真方法相比飞行时间法更适用于介质声速不均匀的情况,相比时域有限差分法仿真信号的精度更高。此计算机仿真方法可为光声图像重建方法的研究提供稳定可靠的信号源,是重建方法比较和分析的基础。