Les lésions néoplasiques malignes dérivées du tissu épithélial, les carcinomes, représentent 80 à 100 % de tous les cancers humains, y compris certaines des maladies les plus mortelles comme le cancer du col de l’utérus et le cancer du poumon non à petites cellules. Beaucoup de ces carcinomes se présentent sur des surfaces épithéliales facilement accessibles, ce qui offre des possibilités de détection uniques. La gestion clinique efficace des carcinomes est rendue possible par une détection précoce, à un moment où une résection chirurgicale complète est possible et avant l’invasion des tissus adjacents ou une intravasation significative dans les vaisseaux sanguins conduisant à des métastases. Un bon pronostic avec une survie à long terme sans maladie est plus probable après une détection précoce lorsque la progression est limitée. À l’heure actuelle, la détection des carcinomes au niveau des surfaces épithéliales repose en grande partie sur l’inspection de routine à l’œil nu (par exemple, la peau et l’oropharynx) ou sur de simples outils à lumière blanche (par exemple, le col de l’utérus et le côlon). Les nouveaux outils optiques basés sur la réfraction, l’absorption, la réflexion, la diffusion ou la fluorescence différentielles des carcinomes par rapport aux tissus normaux permettent une visualisation sans étiquette des néoplasies. Cependant, les différences entre les propriétés optiques intrinsèques des tissus normaux et malins peuvent être subtiles, et le fait de s’y fier peut entraîner un taux élevé d’erreurs. Le contraste optique accru offert par les agents à ciblage moléculaire peut être utilisé pour améliorer la détection précoce ; et étant donné que les outils d’imagerie et de détection optiques peuvent être facilement combinés, des systèmes intégrés qui produisent des images sur une gamme d’échelles, ou détectent de multiples paramètres, peuvent être développés pour aider à la détection précoce. À l’heure actuelle, le diagnostic se fait par examen histologique de biopsies de tissus après identification des lésions suspectes. Des outils d’imagerie microscopique miniatures et portatifs ont récemment été mis au point, et l’intégration de ces outils avec des dispositifs de surveillance optique à large champ permet à la fois une détection rapide et un examen histologique de confirmation au point de service, qui peut servir de guide pour la biopsie et/ou la résection. Une grande variété de stratégies de sondes ciblées ont été décrites avec un bénéfice démontré dans des modèles précliniques et dans un nombre limité d’études humaines. Nous présentons ici des exemples d’outils intégrés d’imagerie et de détection optiques multimodales qui utilisent des combinaisons de contraste optique intrinsèque et extrinsèque pour la détection précoce ou la délimitation des marges des carcinomes à la surface des épithéliums. Nous discuterons de plusieurs nouvelles technologies qui ont une utilité dans la détection des carcinomes les plus courants qui dérivent de l’épithélium de la peau, des tractus gastro-intestinal et urogénital, et des broncho-alvéoles.