红细胞储存在液体悬浮介质中用于输血已有九十余年历史。在临床手术中,输注悬浮红细胞对于各种症状严重或大出血的患者是一种有效的治疗手段。然而,红细胞在低温冷藏数周后会发生储存损伤,它们的生化特性和物理结构都会发生变化,其形态从具有双凹结构的盘状逐渐转化为球形。若给患者输注这种血液,会引发大量疾病,如内脏的局部缺血等。因此,了解红细胞在储存过程中的形态变化是非常重要的。本文的研究工作从人体活体血红细胞形态的无创检测着手,分别展示了定性成像技术与定量相位成像技术检测红细胞形态的能力。本文的研究内容主要包括:（一）围绕血液储存损伤、影响红细胞形态变化的环境因素、红细胞形变与疾病的联系开展了调研。此外,简要介绍了国内外检测红细胞形态的方法,特别是目前的临床实践中检测红细胞形态的传统方法,并分析了其优点和存在的问题。（二）介绍了几种国内外的主流显微成像技术。这些成像技术的名称分别为:基于强度的显微成像,定性相位显微成像和定量相位显微成像。梳理了本文四种成像技术的基本原理,简要介绍了定性相位成像和定量相位显微成像技术的核心思想。分析了这些成像技术的优点和限制性。并重点介绍了差分相衬定量相位成像和数字全息成像的方法。（三）本文使用了基于明场的离焦成像、基于倾斜照明的差分相衬成像、基于差分相衬的量化相位成像的方法检测红细胞的形态。主要技术手段为:以实验室的商业显微镜（Olympus,IX73）为基础,添加不同的附加模块,从光学设计、机械制作以及显微成像等几个方面开展实验设计,实验不同原理和成像模式下的红细胞显微成像。并进一步研究了这几种成像方法在分析红细胞形态中的应用。（四）由于LED阵列作为照明光源具有可实现多模态成像的优势,故选用了差分相衬成像技术,以悬浮红细胞和血涂片为实验对照组,将两种样本中不同形态的红细胞在明场、倾斜照明、差分相衬和量化相位成像下的结果进行比较,展示了我们的方法提高细胞成像衬度的能力,验证了本文方法研究红细胞形态的优越性。（五）建立了二叉决策树对红细胞形态进行自动分类的方法。从单个红细胞显微图像中提取四个形态参数用于评价红细胞形态。通过人工调整合适的阈值,建立自动分类标准,能够达到较高的自动分类准确率。并对明场成像和相位成像下形态参数进行了统计分析。结果表明相比于明场成像,相位成像有显著提高红细胞形态分析的能力。本研究展示了一种非侵入性的、无标记的方法来分析红细胞形态。基于可编码照明LED阵列的差分相衬定量相位成像显微镜为实时研究单个细胞的行为提供了有价值的工具,这种技术不需要引入染液或探针来显示细胞,细胞样品可以连续成像来进行相位图计算,而不会对其功能或结构造成损害。在评价和检测红细胞储存病变和血液疾病方面具有更广泛的研究和应用前景。