能量代谢的观测对于很多生理和病理机制的揭示都有着重要的意义。低温光学显微成像系统将低温环境和光学显微成像系统相结合,通过机械铣削来打破光学成像深度的限制,提供了一种高精度获取生物组织能量代谢状态的手段。然而,现有低温成像系统还存在着两个技术问题:低温环境虽然在防止样品形变、固定样品代谢状态、提高样品内源性自发荧光亮度等方面具有明显技术优势但该环境也影响了系统的成像质量和图像的稳定性;由于现有低温成像系统未能实现自动化尚无法高效地获取组织的三维结构信息以及三维代谢信息。本文首先围绕第一个问题展开讨论,低温环境对成像质量的影响体现在三个方面:第一,低温会使样品断面产生冰晶;第二,低温会使物镜镜头产生水雾;第三,封闭的液氮循环环境会使样品表面产生碎屑。低温环境对图像稳定性的影响体现在:由于样品槽内液氮液面的蒸发所造成的液面高度波动会转换为样品断面温度的波动,温度的波动会进一步影响荧光的亮度。为了提高成像质量和图像的稳定性,我们分别为该系统设计了气动液氮喷壶装置,物镜循环加热装置以及样品槽自动加液装置。本文紧接着围绕着第二个问题展开讨论,为了实现系统的自动化,提高系统的成像效率,我们分别为该系统设计了光学自动成像方案以及气动液氮喷壶报警装置,最后我们将上述设计的装置通过程序实现和低温成像系统的其他模块完成时序上的配合从而最终实现整个系统的自动化。本文的最后通过一套鼠脑的白光数据集和鼠肾的荧光数据集分别论证了改进后的低温成像系统获取生物器官的三维结构信息和三维代谢信息的水平。