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本发明涉及一种双聚焦超声探头和稀疏阵列光声断层成像系统。该探头包括凹陷探测面，所述凹陷探测面在第一方向上的数值孔径大于在第二方向上的数值孔径，使所述凹陷探测面在第一方向上的信号接收角度大于在所述第二方向上的信号接收角度，及所述凹陷探测面在所述第二方向上的聚焦区域长度大于在所述第一方向上的聚焦区域长度，所述第一方向和所述第二方向垂直。本发明中的探头对成像断面具有较大的信号接收角度，因此能够提高低采样率下压缩感知图像重建方法所重建的图像质量。同时，可以采用稀疏排布的方式形成环形的探头阵列，可以减少成像系统的成本。同时，可以降低图像重建所需的数据采集量，进而提高数据采集速度和成像速度。