生物医学成像技术为研究生物组织结构和疾病机理提供了有力的工具。光学显微镜可达亚细胞的分辨率,结合日益成熟的标记技术,适合用于研究微米分辨率下厘米尺度大体积样本的生物学问题。申请人所在课题组发展出的深低温显微光学切片断层成像系统,利用液氮制造-196℃的深低温环境,结合机械铣削的方式打破成像深度的限制,以光学成像的方法获得冷冻环境中的样本三维结构和代谢信息。深低温的固定和包埋方法使生物样本的原始形态和代谢状态得到了很好的保留。但现有宽场照明深低温显微光学切片断层成像系统仍然存在一些不足之处,主要包括缺乏光学层析导致背景荧光干扰较大、图像质量差,以及系统运行效率较低,需要实验员全程人工干预,无法做到长时间连续成像等。这极大地限制了系统对完整器官,甚至小动物全身,进行高分辨率轴向连续采集的能力。针对现有问题,本研究的主要工作从硬件和软件两个方面对系统进行改进,实现了系统运行自动化,提高了系统连续数据采集的能力。为了提高图像质量,本研究将现有的宽场照明成像系统改进为了线扫描成像系统,提高了系统的层析能力和分辨率。首先针对线扫描成像要求对平移台及照明光路等主要硬件模块做了改进,测试了系统对小鼠不同组织器官在常温及深低温下的成像能力。之后通过线性系统空间域分析,系统性推导了线照明调制显微镜与数字结构光照明调制显微镜两种光学层析算法在线扫描多行并行探测方式下的实现方式与层析能力,并实验验证了它们在本系统上的应用效果。为了提高系统的数据采集效率,本研究为改进后系统设计并实现了完整的控制程序,提高了系统的数据采集能力。依据各硬件与工作站的连接情况和功能,将程序功能模块化并设计了UI界面。提出利用液氮液位变化引起的温度变化开发的液氮液位自动控制子模块,实现了铣削和成像时所需不同液氮液位高度的自动控制。根据小鼠全身和小鼠器官两种类型样本的特点在铣削、成像、清洗等环节设计了不同方案,实现了自动化数据采集模块。最后本研究通过对B6-GFP转基因小鼠全身和C57BL/6小鼠肺脏进行三维自动化成像,证明了深低温线扫描显微光学切片断层成像系统在获取小鼠全身及完整器官三维结构信息的潜力。首先开发了依靠原始线照明强度分布对成像条带进行亮度矫正以减轻条带拼接痕迹的方法,完善了对大体积样本进行三维连续深低温成像的实验流程。采集了低温固定B6-GFP转基因小鼠的全身成像结果,能够清晰分辨小鼠全身各器官,表明系统对不同质地的生物组织均具备成像能力,且可以在成像过程中切换不同的分辨率成像,在保证整体成像效率的同时可以对感兴趣区域以高分辨率采集,获得精细信息。对低温固定C57BL/6小鼠肺脏进行了无标记三维成像,展示了肺脏气管重建结果,表明系统在生物组织自发荧光、具有空腔结构的完整器官形态保持等方面具有一定的技术优势。