癌症是严重危害人类生命和健康的重大疾病。目前,癌症病人的整体治疗效果并未有实质性提高,其中一个主要原因是没有一种可靠有效的方法来探测到细胞癌变过程中超早期的变化,即纳米尺度的基因变异还没有导致细胞组织学上的变化。癌形成是细胞中遗传或表观遗传改变多年逐步累积的过程,可由光学显微镜分辨的结构异常所对应的非典型增生已是这一过程中一个相对较晚的事件。肿瘤早期发现的方法研究是亟待攻克的重要课题,它符合提高全民健康水平、控制医疗成本的国家需求。本文基于弱无序弱散射生物细胞体系的一维光传输性质及其对纳米尺度上折射率波动的敏感性,发展早期肿瘤探测方法与系统。通过对介观反射光谱的超早期肿瘤探测机理研究,提出局域介观反射光谱获取方法,以介观反射光谱获取与处理系统为基础,建立局域介观反射光谱获取与处理系统,开展样品探测实验与混乱度成像。通过对介观光传输理论的分析,揭示了介观反射光谱用于纳米尺度折射率波动表征的机理,分析了混乱度作为反映细胞癌变光学指纹的可行性。鉴于介观反射光谱获取系统采集光谱只能反整个一维通道综合效果,受样品表面反射信号干扰较大,提出了局域介观反射光谱的获取与处理方法,通过在原介观反射光谱获取系统基础上增设参考臂,并基于Gabor逆变换等后续处理,提取局域介观反射光谱,能确保混乱度表征与样品内部折射率波动的直接关系。基于上述理论研究,建立局域介观反射光谱获取与处理系统。通过对局部介观反射光谱的数据处理分析,获取局部(兴趣部位)有用光反射信息的混乱度图像,可以有效抑制非兴趣部位反射光谱的影响,这对实际应用非常有利。