大脑是我们身体中最为神秘的器官，也是我们思想、认知、情感、记忆的来源。大脑中包含数量极为庞大的神经元，这些神经元互相连接构成了极为复杂的神经网络。这个神经网络是脑功能实现的基础，而我们却对它知之甚少。要理解大脑的工作机制，我们需要获得完整神经网络的结构。高通量的光学成像方法在对神经网络成像方面起到了至关重要的作用。但是已有的光学全脑成像技术存在诸多限制，高分辨的成像方法通量较低，而且没有为神经元定位提供细胞构筑背景。为此，本文提出了一套基于结构光切片技术的高通量双色小鼠全脑成像方法，目的在于建立能够快速、高分辨地同时获取神经元三维形态结构以及共定位细胞构筑背景的全脑成像技术方案。　　首先本文提出了高通量全脑光学成像与定位单神经元的实现方案。利用宽场并行探测的特点提高数据采集通量，使用样本块表面成像的方式实现全脑光学成像，通过分离成像和切削过程，提升了全脑成像的稳定性，也有利于成像速度的进一步提升。同时，为了解决厚组织块宽场成像的背景荧光干扰，提出使用光吸收剂来抑制样本块底层的荧光信号，降低了厚组织背景荧光对宽场成像质量的影响。采用结构光层析方法，实现了高分辨率的三维成像。为了实现神经元的准确定位，在成像中提供共定位的细胞构筑背景，对常用核酸染料在树脂包埋脑组织上的细胞复染性能进行了测试，发展了在样本块表面成像过程中对样本块表面进行实时细胞胞体复染的方法。　　为了充分发挥结构光成像技术并行探测的高通量优势，研究了在不影响成像分辨率的前提下，提升结构光照明显微镜成像速度的方案。从结构光实现光学切片的原理出发，分析了影响成像分辨率、信噪比的因素，指出传统实现结构照明的灰度调制方法是限制结构光成像速度的关键性因素。从提高光场的调制速度和调制效率出发，提出使用二值调制的方式产生结构照明图案。结合数字微镜阵列与科学级互补金属氧化物半导体探测器，实现了快速的结构光层析成像，大幅提升了结构光显微成像的速度，使得成像通量较现有技术提升了一个数量级。　　最后，本文研制了一套结构光照明荧光光学切片断层成像系统（structured illumination fluorescence micro optical sectioning tomography, SI-fMOST），整合了快速结构光显微成像以及薄切片子系统。提出一种并行的结构光成像数据重建及压缩方法，实现高通量双通道数据的实时重建及存储。设计并实现了系统的采集控制软件，能够进行全脑数据自动采集。对双色成像系统的关键部件进行了校准，测量了成像的关键参数，保证了成像数据的质量以及自配准的特性。基于苏丹黑B-GMA（Glycol Methacrylate）树脂包埋的Thy1-eGFP-M转基因小鼠鼠脑，使用SI-fMOST获取了一套单神经元分辨的双色全脑数据集，首次得到了来自同一只小鼠全脑的包括神经元精细形态与共定位细胞构筑背景的完整高分辨率全脑数据。数据采集总共耗时77小时，充分证明了SI-fMOST系统高通量的特性。利用该数据集，展示了鼠脑桶状皮层处单个功能柱内的神经元结构的三维重建结果，证明了SI-fMOST系统在神经生物学研究中的巨大潜力。