在美国,大脑和神经系统肿瘤占所有癌症死亡的3%,胶质瘤被认为是成年期最常见的脑肿瘤,是由于脑皮质结构中的胶质细胞不规律成长导致,它的主要特征为弥漫性浸润到脑皮质周围。由于脑肿瘤的侵袭和受到限制的颅内空间的限制导致术中不充分的切除和复发,严重影响患者的生存率,所以术中原位诊断残余脑肿瘤对于增加积极效果和提供最佳个性化治疗就显得尤其的关键。然而目前的临床诊断技术存在分辨率不足,耗时长等缺陷,无法实时准确诊断胶质瘤以及提供清晰微结构变化的病理信息。本文利用双光子激发自体荧光和二次谐波技术的显微成像系统开展胶质母细胞瘤微结构的研究,胶质母细胞瘤是恶性程度最高的胶质瘤。为了说明这种技术具有清晰识别胶质母细胞瘤微结构能力以及对于术中诊断和后续开展治疗的价值。首先,利用多光子显微成像系统对脑和脑肿瘤样品进行无标记成像。我们的结果表明结合TPEF(双光子激发荧光)/SHG(二次谐波)的多光子显微成像技术能有效的探测脑的肿瘤细胞以及肿瘤微环境的细胞外基质的胶原成分的改变。核质比以及胶原含量可以被提取作为区分胶质瘤和正常脑组织的两个定量的指标。其次,胶质母细胞瘤的新鲜样品和石蜡样品用于MPM(多光子显微镜成像)成像,通过对GBM(胶质母细胞瘤)血管胶原纤维的可视化和定量分析,我们证明在GBM中的重构大血管外膜和肾小球血管结构出现胶原纤维沉积。该方法不仅可用于GBM石蜡切片的回顾性研究,而且有潜在应用于实时无标记脑成像,进而研究恶性胶质瘤与胶原纤维沉积的关系。最后,我们进一步对胶质母细胞的血管结构进行研究,结果显示胶质母细胞富含不规则大小的血管,且数量丰富。另外也证实MPM有能力识别几种特殊血管模式,且定量的结果表明它们在胶原含量存在较大差异,表明胶原含量的定量差异是可以作为判断GBM不同类型血管形态的潜在指标。