数字全息显微层析成像技术是一种新型的三维显微成像技术,它利用传统的数字全息显微成像技术记录样品在不同照明角度下的全息图,并重现出样品的相位分布,然后通过层析重建算法获得样品的立体图像。数字全息显微层析技术能够对无标记的微小生物样品或特殊材料进行快速无损的三维成像,通过定量测量样品的三维折射率分布来揭示样品的内部结构信息,在生物学研究、医学诊疗、材料分析等领域具有广阔的应用前景。在数字全息显微层析成像技术中,主要有两种方法来获取不同照明方向下样品的全息图。第一种是光束扫描法,即保持样品固定,改变照明光束方向对样品进行扫描;另一种是样品旋转法,即旋转样品而保持照明光的方向不变。光束扫描法由于受到显微物镜数值孔径的限制,只能在约150度的角度范围内获得样品的投影数据全息图。而样品旋转法允许样品360度旋转,获取样品全角度的数字全息图。但用样品旋转法获取全息图的过程中,样品不可避免的会产生轴向偏移和横向偏移,且样品全角度投影的获取在增加全息图数量的同时也增大了样品相位获取过程中被残差点影响的风险,并延长了数据采集的时间。本文基于数字全息显微层析技术对样品的偏移误差校正和重建方法的优化进行了研究,验证了校正和优化的效果,并尝试了该成像技术的实际应用。本文首先介绍了数字全息显微层析的基本原理。一方面介绍了数字全息术的原理,包括在不同照明角度下记录样品离轴全息图的基本过程,通过离轴全息图再现物光场的原理。另一方面介绍了层析重建的原理,包括基于傅里叶中心切片定理的层析重建算法以及基于傅里叶衍射投影定理的层析重建算法。其次,我们提出了基于全角度数字全息显微层析成像技术中的样品偏移误差的校正方法和优化重建方法。在偏移误差校正方面,我们使用景深追踪的方式校正轴向偏移误差,即在样品旋转的过程中不断补偿样品的轴向偏移使样品始终保持在理想采样景深之内,提高投影数据全息图的质量。我们采用互相关算法校正样品横向偏移误差,对相邻角度下获取的样品相位图进行相关运算并计算中心偏移值,将样品相位图移到同一中心。在重建方法优化方面,我们采用了质量图导向法进行相位解包裹,增强解包裹的抗噪能力。通过背景拟合的方式去除背景相位以提高投影数据采集的连续性,节省了背景数据采集的时间。为了验证上述方法的有效性,我们对偏误差校正的效果进行了分析。通过猪脂肪细胞的有无偏移误差校正的对比实验,验证了景深追踪可以有效的减少样品旋转采样过程中的轴向偏移误差,互相关算法可以有效校正横向偏移误差。随后展示了经过偏移误差校正和重建优化的猪脂肪细胞的三维折射率分布重建像。最后,我们尝试了数字全息显微层析成像技术在癌细胞病理诊断上的应用。以小鼠乳腺癌细胞为研究对象,测定了其三维折射率分布,并获得了其三维病理模型。与传统病理切片比较,验证了该成像技术在细胞学病理诊断上的应用潜力。