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头颈部癌是世界上第六大常见恶性肿瘤，严重威胁人类健康。手术仍然是治疗头颈部癌症的首选方式。然而，由于头颈部解剖结构复杂、可切除组织量少，使外科医生在肿瘤的根治性和保存患者生活质量之间进退两难。癌症的早诊断早治疗，以及在整块切除过程中对手术边缘的实时检测，都可以在最大的程度上保存正常组织，从而提高患者生存质量。随着对头颈部肿瘤生物学特性了解的深入，以及光学硬件及技术的革新，对癌前病变和癌症的活体、实时、光学成像已经成为可能。光学成像在头颈部癌症中的应用主要包括自体荧光成像、靶向荧光成像、高分辨率显微内镜、窄带成像和拉曼光谱等技术。在本文中，我们系统性地回顾了光学成像在头颈肿瘤中的理论基础和在肿瘤诊治中的临床应用，分析了光学成像在头颈肿瘤领域应用的局限性，以促进该领域的未来发展。