食管癌是最常见的消化道恶性肿瘤之一,对人类生命构成重大威胁,尤其是食管鳞癌。早期食管鳞癌不存在淋巴结转移和远端转移,治愈率非常高。因此,对食管鳞癌进行早期诊断非常重要。对于发现时已是中晚期的食管鳞癌,其治疗方案完全不同,最佳的治疗方案能够最大限度地提高病人生存质量,对此阶段食管鳞癌进行分期诊断是必要。在确定治疗方案后,对于需要进行外科手术的病人,完全切除癌组织并尽可能保留正常组织,会最小限度地破坏食管正常功能。因此,识别组织中的壁内转移癌至关重要。目前,食管鳞癌的临床实时诊断仍具有挑战性,而多光子显微术(MPM)在生物组织成像方面展现出巨大潜力。本论文利用MPM开展食管鳞癌早期识别、食管鳞癌T分期鉴定和壁内转移癌的识别等实验,分析了食管鳞癌的多光子显微特征,并开发和利用图像分析算法来辅助诊断,同时还提取了一系列定量的诊断参数包括细胞核质比、胶原密度、三维(3D)胶原方向以及3D胶原方向方差等。结果表明,MPM可以区分食管病变组织和正常食管组织,还能够描述不同阶段食管癌和壁内转移癌的形态学特征。所成像的特征与常规病理染色技术处理结果基本吻合,可用来诊断食管鳞癌。最后将所提出食管鳞癌诊断技术和定量参数应用于鉴定胰头导管癌颈部切缘状态并准确鉴定出R0和R1切缘,说明所提出诊断技术和定量参数具有拓展到其他组织部位诊断应用的潜力。随着技术的发展,MPM在食管鳞癌以及其他组织部位疾病临床上的实时诊断终将成为可能。