食管癌是世界范围内最常见的一种癌症,并且它是癌症高死亡率的主要原因之一。早期的诊断对于提高病人的生活质量和降低死亡率是非常重要的。基于双光子荧光和二次谐波产生的多光子显微成像技术,由于它的穿透力深、对组织无损伤以及高分辨等特点,能够为食管癌的早期诊断提供重要的诊断特征。本文首先研究了老鼠食管组织不同深度的多光子图像,提供了鳞状上皮组织病理学诊断的信息；然后研究了人类正常食管组织、原位癌和早期浸润癌组织的微观结构的变化,并定量分析了正常细胞和癌细胞之间形态差异,提取了鉴别正常组织和癌变组织的诊断特征例如癌细胞的出现、基底膜的缺失；最后基于我国对食管癌的病理分期,获得了食管上皮内癌、粘膜内癌和粘膜下癌的多光子图像,描述了癌变组织基质和血管的变化以及癌细胞浸润的深度。随着多光子显微镜和多光子探针临床小型化的发展,并结合多光子显微镜和标准的内窥镜,这样允许我们在细胞层次对早期食管癌做实时地诊断。