荧光成像技术作为获取生物信息的有效手段,一直是生命科学、医药学等研究领域不可或缺的重要工具。随着生物医学研究的深入,普通的荧光强度成像所能获取的结构信息已经无法满足需求。为了更好地理解生命活动、疾病发展甚至药物作用的机理,科研工作者更趋向于在生物样品上获取包含功能信息在内的更全面的生理特性。光片显微和光学投影层析作为介观光学领域两种最主要的成像技术在近年来获得了广泛的研究与应用。然而,很少有研究涉及到数值化地分析这两种技术之间成像特性的差异,以及量化它们各自的优势和局限性。在本论文的工作中,提出了空间分辨率的数值分析以及通过实验表征来描述标准光片显微系统和光学投影层析系统之间的差异。对生物医学样品进行成像,分析两种技术在不同尺寸成像样品之间的应用性能。门控成像法是荧光寿命成像中的主要技术之一,相比其它寿命成像技术,具有较快的成像速度和较强的可扩展性。而荧光强度成像中,光片显微技术光漂白小、成像质量高。构建基于光片显微技术的门控荧光寿命显微成像系统,既可以具备光片显微技术的优势又可以结合门控成像测量寿命的特点,对于开展多维度荧光成像的应用研究具有重要意义。在基于光片显微和光学投影层析比较分析基础上,本论文选择光片成像技术,搭建了基于光片显微的荧光寿命成像系统并进行生物成像应用研究。主要内容包括构建光片显微成像系统,并通过成像分析比较了使用两种不同方式产生光片的区别;编写系统硬件操控labview程序平台;对系统的仪器响应函数、空间分辨率、渐晕效应以及调制传递函数进行分析测量,完成系统的定标与测试;以及利用荧光寿命成像开展小鼠肿瘤生物组织样品等相关的生命医学应用研究。最终搭建了一套完整的光片显微荧光寿命成像系统,并通过应用测试证明了该系统的可靠性和可用性。