光学显微技术以其非接触性和最低限度侵入性在近现代细胞学和生物学的研究中起到了无法估量的作用。其中荧光显微技术利用免疫荧光技术和荧光素直接标记技术来标定目标,这种内在固有的选择性很大程度地提升了图像的对比度和信噪比,从而成为众多光学显微技术中的佼佼者。光片荧光显微技术(Lightsheet Fluorescence Microscopy-LSFM)从源头上减少了离焦背景的产生,从而解决了荧光显微技术中的一个根本性问题:即当物体离焦后,它产生的图像会变模糊,但却并没有完全消失,而是作为背景降低了在焦图像的对比度和信噪比。与宽场、共聚焦、多光子等荧光显微技术相比,光片荧光显微的光漂白和光毒性都达到了极低的限度,非常适用于较透明组织或整个有机体的三维成像,具有长观测时间、高成像速率和多个观测视角的体成像等诸多优势。随着科研领域的不断发展与深化,对于LSFM系统的各项性能指标的要求也越来越高,如快速的成像速度。而无论采取柱面镜宽场照明方式或振镜线扫描照明方式,LSFM系统的成像速度一般都受相机工作帧速的限制。为了突破这个限制,进一步提高体成像的速度,本论文主要开展了以下几个方面的研究工作:1.提出了一种将转镜式分幅高速摄影和数字相机相结合的高速光片荧光显微成像技术。在传统的光片荧光显微系统的探测光路中加入了可调节机械狭缝和检流计扫描振镜。其中机械狭缝在样品的一次成像面处,通过调节狭缝的大小来限制成像视场的尺寸。而扫描振镜将狭缝区域内的像按时间序列依次排列在CCD相机的光敏面上。这样,一个曝光周期内就可以得到多幅子图像。系统帧速的提升倍率由无重叠平铺在CCD相机感光面上的子图像数目决定。子图像数目越多,系统有效帧频越高,但子图像尺寸也会越小。打破了传统光片荧光显微系统中相机的速度限制。2.使用LabVIEW编写了控制程序,实现了振镜扫描和图像采集的同步控制。扫描振镜的电压波形和相机的脉冲触发信号由多功能数据采集板(NI USB-6361)输出。扫描振镜的控制电压类似阶梯状,每个阶梯的电压值对应振镜不同的偏转角度,即不同的图像位置,而阶梯的长度代表了振镜的停留时间。通过仔细调节阶梯高度、数量和狭缝大小可以让子图像无重叠地充满传感器,以充分利用整个CCD传感器的表面。振镜的扫描和CCD相机的曝光通过脉冲触发信号同时启动,曝光结束后,振镜回扫到起始点等待下一个脉冲信号的到来。精确的同步保证了系统的正常工作和连续稳定运行。3.实验上分别实现了每帧全画幅包含16个子图像和32个子图像的数据采集,完整地记录下了由蠕动泵推动的荧光小球溶液的流动过程,捕捉到了清晰的荧光小球身影和其运动轨迹,相应的记录帧速分别提升到了480和960帧/秒。成功地突破了原来CCD相机工作帧速(最大30帧/秒)的限制,并拥有进一步提升的空间,这使我们可以利用普通的CCD相机来观测毫秒甚至亚毫秒量级的动态过程。帧速率的提升倍率理论上由子图像的大小和振镜的扫描速度决定,但因为曝光时间的减少会使可探测的光子数目减少,最终由可以接受的图像的信噪比决定。