荧光分子成像技术具有应用方便，灵敏度高，标记靶点多样通量高等优点，在疾病诊疗、药物研发以及生物学基础研究等领域发挥着重要作用。荧光分子按其来源分为外源性和内源性两类。外源高特异性荧光探针通过特定载体或转基因技术导入活体组织内，可以实现细胞乃至分子水平的检测，内源性荧光分子来源于生物机体内，提供了无需标记探测机体结构以及特定生物学过程（如线粒体氧化还原状态）的可能。然而，生物组织对可见光的强吸收散射特性使得在器官水平的大样本组织内在体获取多种荧光信号的显微水平分布情况变得十分困难。为了实现多种外源性荧光分子探针在大样品组织内分布的高分辨率可视化，同时获取内源性荧光表征的组织氧化还原状态信息，本文研制了一套多通道低温断层荧光成像系统，该系统包括铣床、光源、图像采集装置以及固定有隔热样品盒的精密平移台组成。针对系统特殊的成像条件，需要保持样本的代谢状态处于在体状态，特殊设计了液氮补偿装置和液面调节装置用来实现样本表面温度的维持。系统通过铣削-成像交替进行的方式，对每个样本断面进行多次成像，实现高分率的明场及内源性和外源性荧光图像的采集。通过更换激发光源和发射滤光片，系统可以实现可见光范围内的多种荧光信号的探测。本文中，对低温成像系统的横向分辨率、线性度以及探测灵敏度等性能进行了测试。结果显示，系统可以对截面尺寸2×2cm~2的整个样本进行成像，明场分辨率为12.5μm，荧光分辨率为25.32μm。在各荧光基团在组织内的分布范围之内，系统探测线性度拟合可决系数均在0.99以上。探测灵敏度为μM水平。最后，利用研制的系统对标记有mKatushka S158A荧光基团的C57BL/6小鼠异种移植黑色素瘤进行了初步成像，结果表明系统可以实现对组织器官大小的整个样本的外源荧光探针显微成像和组织氧化还原代谢状态的采集。