体外细胞实验被广泛用于农业中动物生产、疫病检测和防疫、动植物天然活性成分功效分析等领域的研究中。细胞活性，作为一项旨在有效评估细胞在不同培养条件下生长活力状态的指标，是支撑研究人员得出正确结论的关键依据。
　　在细胞活性检测领域，目前广泛采用的染色、比色法检测时需要进行试剂处理，自动化程度低，试剂化合反应时间长，检测过程耗时费力；对细胞有侵害，无法对同一组样品进行连续检测，评估准确度难以提高，且试剂损耗大，弊端显著。以阻抗法、电化学法等为代表的新型无标记法，有效提高了自动化程度，但由于细胞对培养设备的材料和工艺要求严苛，研究成本高昂；以整体电学参数作为评估依据，检出限高，分辨率难以提升；且只能评估整体表现，无法胜任多样品共存的场合。光学显微成像技术能够有效克服以上方法的不足。然而，细胞活性指标必须基于对大量细胞群体状态的统计才能得以准确评估，这要求光学显微成像技术要既兼具大视场特点、又兼具能够有效提取反映细胞活性状态的微观信息的能力。显然，传统显微成像方法难以有效应对这一矛盾。
　　为此，本文提出了一种基于无透镜衍射成像技术和细胞形态学的细胞活性检测方法。
　　论文在分析无透镜衍射成像原理和细胞样品光学调制作用的基础上，基于标量衍射理论，建立了部分相干光照射下的细胞样品无透镜衍射成像数值模拟方法。利用所建立的数值模拟方法，通过仿真计算和实验数据相结合，针对细胞这一特定被测目标尺度，从系统光源相干特性、光谱特性、系统几何参数几个方面全名分析了系统要素对成像性能的影响，据此选择了适宜的参数并进行系统实现，为接下来从高质量成像中有效提取信息奠定基础。
　　根据细胞形态学原理，结合仿真计算和实验成像，研究了细胞在不同活性状态下的形态所对应的无透镜衍射指纹，分析了指纹中与细胞形态密切相关的特征，建立了从原始无透镜衍射指纹中提取有效特征以实现活细胞识别的方法，并基于活细胞数量进行细胞活性量化评估。在贴壁培养细胞和悬浮酵母细胞毒性实验中，所提出的方法被分别与标准的MTT法和PI计数法相比较，对比分析显示其相关系数分别为0.9837和0.9760，检测数据相对标准偏差为6.1%-7.4%，相对其他方法较低且稳定，验证了所提出方法的有效性。
　　为解决原始衍射指纹在识别细胞形态细节方面能力不足的问题，论文进一步探索了细胞样品无透镜衍射成像的重建方法，针对重建距离这一重要参数难以根据系统几何关系直接获取的问题，建立了最佳重建距离的自聚焦算法，针对重建过程中存在较强孪生像干扰的问题，建立了基于四步衍射传输数值计算的重建方法，有效抑制了孪生像，实现了细胞无透镜衍射成像的快速高质量重建，重建结果较好的反映了细胞形态细节，适用于对大视场、高通量以及成像细节有较高要求的场合。
　　在应用研究中，所建立的方法被用于农业领域中的基于哺乳动物体外细胞实验的研究中，作为评估细胞活性的手段。结果显示，相对于MTT法，所提出的方法在保障准确度的前提下，试剂耗材损耗显著降低，检测总耗时从几十小时减至数十分钟，效率高，且自动化程度高，显著减少检测工作量；所提出的方法能够实现多细胞混合体系下的细胞分类活性评估，在该应用场合中，能够提高评估的准确性，相比于现有方法，具有不可比拟的优势。该方法还被用于酿酒酵母细胞活性以及活细胞浓度快速检测中，整个过程在3分钟内完成，有效降低检测人员主观性导致的假阳性和计数误差。应用研究充分展现了所提出方法在细胞活性检测中的高通量、高精度、自动化、适用范围广等方面的优势。