对大脑进行研究进而获得脑功能的机理对神经疾病的治疗与人工智能的发展具有重大意义。为了理解大脑,一个基本需求是获取全脑范围内神经元胞体特异性分布信息。获取该信息主要包含两个步骤:全脑胞体成像数据的采集;与参考图谱配准、脑区分割、胞体计数。作为脑功能研究的重要基础之一,研究人员对快速、精确地获取神经元胞体分布的需求一直有增无减。针对这一目标,传统方法对大脑进行手工切片成像配准,耗时费力且会引入较大人工误差。新发展的显微光学切片断层成像技术能获取神经元精细结构,但长达数天的样本制备和成像较为耗时。光片成像技术在细胞分辨率下实现了快速全脑成像,但文献中与之相配的样本光透明处理需数天时间。同时,透明试剂还会导致样本变形,增加后期配准难度;对荧光的淬灭还会影响胞体统计。另外,现有全脑图像配准方法往往要借助背景通道信息来提高配准精度,存在数据量较大、数据分析时间长等问题。总结现有文献,现有方法无法实现一天内完成包括样本制备、全脑成像与数据分析完整流程。面对操作流程长,样本尺寸大、数量多等困难,如何高通量地获取神经元胞体分布信息,成为了脑科学研究中急需解决的一个重要问题。针对以上问题,本文系统性地研究了成像策略、成像方法、和数据处理方法,建立了包括样本制备、图像采集和数据处理的全套流程与系统,应用在实际的脑研究中,得到了有意义的结果。主要内容包括:(1)发展了不依赖光透明的斜光片成像方法,实现了快速样本制备与成像数据采集。研究了光片扫描成像厚度与成像速度之间的关系,光片成像时组织的散射与吸收对信号的影响随成像深度变化的关系;选取合适的单层成像厚度来减小光散射和吸收,兼具成像速度与质量。提出了斜光片照明对不做透明处理的样本组织表面40~50μm厚度进行快速面扫描策略,结合切片断层成像实现大体积快速成像。根据成像原理与策略,设计实现了一套基于斜光片面扫描与振动切片的荧光断层快速成像系统,在2.34×2.34×1.65μm采样率下,4~7小时完成一个小鼠全脑样本的制备与成像采集。(2)发展的光片数据图像处理与分析方法,实现了快速图谱精细配准、脑区分割与胞体计数。建立了独特的数据处理方法,解决了斜光片成像中图像错位问题;同时消减数据量,加快了数据处理分析时间;通过图像背景增强方法实现了基于单通道数据的精细配准;建立了高轴向分辨图谱,实现了脑区尤其是小脑区的精细分割,并对不同脑区内的胞体数目进行统计。本论文发展的方法,能在10小时内获取小鼠全脑神经元胞体定位信息结果,相较于现有方法需花费数天到数周时间获取类似信息,在通量上有了极大提升。目前这套高通量全脑神经元胞体成像与分析系统已用于脑功能研究,以每天一个小鼠全脑采集与分析的速度,获取了100个小鼠全脑胞体统计结果。与生物学研究人员合作,本文以两个具体神经环路功能研究为例,展示了本文方法在脑功能研究中的初步应用潜力。综上所述,本文建立的高通量全脑神经元胞体成像与分析方法与系统,将为神经科学研究中快速鉴定、筛选样本、验证假说、解析脑功能提供有力工具,在脑科学研究中具有广泛的应用前景。