近年来,切伦科夫荧光成像,即Cerenkov Luminescence Imaging(CLI),在分子成像领域中迅速崛起,吸引了大量关注。这种成像模式的机理是,放射性核素在衰变的过程中,产生的高速带电粒子在非真空的透明介质中以超光速的速度穿行时会产生一种以蓝紫光为主的可见光,通过光学设备捕捉可见光光子完成显像。相对于核医学领域比较先进的临床检查影像技术——正电子发射计算机断层显像(Positron emitting computed tomography,PET),切伦科夫荧光成像同时具备高分辨率、无毒核素等优势的同时,还大大降低了成本。目前切伦科夫荧光成像在肿瘤检测、药物疗效评估、基础研究等生物医学领域开展了大量的研究。然而,切伦科夫荧光成像也有其自身的缺陷,切伦科夫荧光的光强较弱,并且其在生物体中传播时容易产生散射,组织穿透性较弱,这些因素使得其对深层组织成像产生了阻碍,从而限制了切伦科夫荧光成像广泛地应用于临床诊断、治疗中。针对此问题,本文设计了一套内窥式切伦科夫荧光成像系统,其采用内窥技术与光学成像结合的原理从空间上减少切伦科夫光子的损失,提高成像的分辨率。内窥式切伦科夫荧光成像系统的搭建主要包括两部分:系统硬件的设计与软件相关工作。系统硬件主要包括成像模块、系统降温模块、辅助平台模块以及控制模块。通过模块之间的协同运作,完成切伦科夫图像的采集。软件工作方面,主要完成数据参数的调控、图像滤噪和图像融合。通过软、硬件的结合,提供了一套完整的、高分辨率的光学成像系统。除此之外,为了验证该系统在活体成像方面的性能,本研究设计了一系列生物实验,用实际数据说明了内窥式切伦科夫荧光系统的实用性。生物实验采用人原肝癌细胞构建皮下异种移植瘤模型和原位异种移植瘤模型,实验对象均采用具有基因缺陷的裸鼠。该成像对皮下肝癌异种移植瘤模型实现了高灵敏度地检测,并利用术中成像,指导了肿瘤切除手术的完成。其实验结果与传统切伦科夫成像模式的实验结果具有一致性,验证了成像系统在皮下瘤检测方面的高鲁棒性。对原位肝癌异种移植瘤的检测是切伦科夫成像在深层肿瘤组织成像方面的突破性进展。在本研究中将传统切伦科夫成像模式采集到的图像数据作为对照组,来验证内窥式切伦科夫成像系统的优势。其结果是鼓舞人心的,传统切伦科夫成像下的图像数据没有探测到任何关于原位肝肿瘤的有意义的信息。相反,使用内窥式切伦科夫成像系统则完成了肿瘤检测与切除,具有很大的实际意义与临床应用前景。