数字全息术是在光学全息术基础上融合了光电探测技术和计算机技术而形成的一种新型显微成像技术。与传统显微术相比,它仅通过一张全息图就提供了更具优势的非接触、无标记、无损伤的快速定量三维成像方法。近年来,鉴于数字全息术独特的成像优势和对生物细胞成像的巨大潜力,其在生物细胞成像应用方面已经引起了科学家们的诸多关注,被广泛用于生物细胞尤其是对癌细胞样品的三维形貌测量、生物参数分析、实时形貌监测等领域,为癌症的诊断和治疗提供了帮助。本文首先介绍了数字全息术工作的基本原理,并通过比较其中几种记录方法的优缺点确定选择同轴全息记录光路。根据同轴数字全息术的原理设计并搭建了同轴全息显微镜系统,然后利用USAF1951分辨率板和其它待测样品测试和标定了系统基本参数,经测定系统具有优于一般同轴全息系统的高横向分辨率和放大率。最后进行了生物细胞的全息成像测试实验,验证了所搭建系统的形貌成像能力、生物参数分析能力以及对活细胞的成像能力。接下来,本文将搭建的同轴全息显微镜系统应用于癌细胞全息显微成像研究。首先测量和分析了不同种类癌细胞的三维形貌和生物参数,然后对一个生长周期及加入药物之后的SMMC-7721肝癌细胞进行了全息成像,利用细胞的三维形貌变化信息定性并定量地研究了肝癌细胞的生长及其药效反应。最后对A549肺癌活细胞进行了实时监测成像,观察了一段时间内肺癌活细胞三维形貌的动态变化。