[科普中国]-光子诊断与治疗

光子诊断与治疗属于当前医学光子技术中的两大研究和应用发展方向，前者是以光子作为信息载体，后者则以光子作为能量载体。目前，无论是光子诊断还是光子治疗，大多以激光作为光源。

光子诊断随着医学诊断方法向无损方向发展，光学技术在医学诊断中的应用已展现出越来越大的潜力。光学显微镜的发明把人类带入了生物体的微观世界，并相继建立了组织学和病理学，为某些疾病的临床诊断树立了绝对权威。尽管如此，在临床实践中各种早期肿瘤的诊出率仍然很低，严重地危及了人类的健康。究其原因是从事临床活检的医生与从事组织病理分析的医生之间存在一条不可跨越的鸿沟。为了填补这一鸿沟，各国科学家纷纷开展大量研究工作以寻求各种手段来提高对疾病的早期诊断。在这其中光与组织之间的相互作用引起了人们的广泛关注。由于生物组织的光谱特征与其分子构成直接相关，因而利用光学信息比其它医学诊断手段在肿瘤探测和组织的生理监测上能获得更高的灵敏度。病状总是在组织或体液分子成分发生变化之后发生的，因此利用光学的手段对组织进行鉴别和诊断有可能更早、更精确地诊断各种疾病。它已成为了当今医学光子学中的一个重要研究课题。

光子诊断可以通过对组织中的反射光、透射光、散射光，或者是组织被激发光激发后所产生的荧光（包括自体荧光和药物荧光）进行实时检测或成像来实现对不同组织体的鉴别。光子诊断根据生物组织所特有的光学性质对组织进行分析。与传统的手术活检相比较，光子诊断是一种非侵入式的组织病理分析方法。它能克服手术活检过程中可能引起的组织体生物化学性质的改变；与X射线、CT和MRI等检查相比，它不仅能避免离子辐射，而且能实现病理的早期诊断。其次，手术活检取样具有很大的随机性，往往因为只能从所选择的部位上取出少量的组织体，所以并不一定能准确地反映出病灶组织的真实情况。此外，这种活检方式在很大的程度上取决于医生的临床经验。与此相反，光活检不需要取出组织样品，同时光活检的灵敏度很高，能够诊断出各种早期的组织病变，分析结果的准确性与病变组织的大小无关。再者，手术活检取出组织样品之后，病理分析需要花费病人很多的结果等待时间，严重地限制了实时报道结果的要求，更为关键的是医生在施行手术过程中无法及时得到病理分析的反馈结果，因此不能有效地控制手术过程中对病灶的精确切除，而光子诊断能为组织的病理分析提供实时、客观的结果。最后，在病理分析过程，根据已经建立的组织学进行比较判断，医生的主观性很大。特别是对于一些临床特殊的疑难病例，传统的病理分析就更加暴露出它的局限性。因此从根本上说，手术活检是将摘取出来的离体组织样品送到仪器上进行分析，而光子诊断技术可以将检测系统的探头直接放在人体体表或通过内窥镜的活检通道伸入到人体体腔内进行快速、准确的病理分析。

目前，光子诊断的研究方向大致可以分成两大类：组织光谱诊断和组织成像诊断。其中组织光谱诊断主要包括吸收光谱、反射/漫反射光谱、激光诱导自体/药物荧光光谱、弹性散射光谱、喇曼散射光谱和时间分辨光谱等；而组织成像技术包含反射光谱成像、自体/药物荧光成像、时间分辨荧光寿命成像、光断层析成像、光学相干层析成像，双（多）光子激发共焦显微术，偏振干涉成像，光断层摄影术，激光光声成像、二次谐波等非线性光学成像等。

光子诊断未来的发展目标是：发展无辐射损伤、高分辨率的生物组织光学成像方法与技术，同时应具有非侵入式、实时、安全、经济、小型、且能监测活体组织内部处于自然状态化学成分的特点。

光子治疗强激光治疗直接造成组织不可逆损伤的激光。这种激光功率较高，强度较大，聚焦成“光刀”后可对机体进行切割、汽化、凝固等手术，还可通过光纤导入腔内进行手术，无需开胸切腹。激光手术的特点是：不出血或出血少，手术视野干净，手术时激光可以封闭小血管，伤口不易感染，可以在感染区手术，如适用于烧伤切痂手术。激光还可做精微的显微手术等。

弱（低强度）激光治疗照射生物体后不直接造成生物组织不可逆损伤的激光。弱激光照射机体后，由于其本身的生物刺激效应，使受照组织对这种刺激产生“应答”性反应，在分子水平上是调整蛋白质和核酸的合成，影响DNA 的复制，调节酶的功能；在细胞水平上则是通过动员、代偿、营养、修复、免疫和其他的再生或防御机制来清除病理过程。如皮肤美容，激光血管内照射等。

光动力疗法（Photodynamic Therapy, PDT）PDT是一种联合利用光敏剂、光和氧分子，通过光动力学反应选择性地治疗恶性病变和良性病变的靶向疗法，该疗法现已发展成为临床医学上继手术、放疗和化疗之外治疗肿瘤的第四种微创疗法。我国开展光动力疗法的临床研究和应用已有三十多年的历史，收治了大量病种和病例。近来，PDT还被广泛应用治疗细菌和抗病性疾病。

光子诊疗一体化近年来，随着纳米技术和相关交叉学科的日趋成熟，纳米技术在医学中的应用已初露端倪。许多分别用于诊断学（diagnostics）与治疗（therapeutics）学的分子标记物被集成于一体，形成了治疗诊断学（Theranostics），基于光子技术在医学诊断与治疗中多扮演的重要角色，一个崭新的研究方向光子治疗诊断学（Photonic Theranostics）正在逐渐形成，这也是将来向医疗个性化方向发展的一个趋势。以PDT为例，目标是开发以光敏剂分子为核心的纳米粒子平台，它集药物的主动靶向传输、肿瘤的诊断（如MRI和分子荧光成像等）、治疗（高热治疗和PDT）、剂量监测（单态氧探针和氧分子探针等），以及疗效评估（细胞凋亡探针，MRI和生物化学发光等）为一体，充分体现了现代纳米医学的优点和潜在应用。