导读

随着肿瘤发病率的持续上升，影像引导下经皮穿刺活检（Image-guided percutaneous needle biopsy，PNB）被认为是疑似癌症诊断的金标准，它有助于确定疾病分期和转移肿瘤的主要位置，其精准性和效率直接影响治疗决策。然而，传统PNB依赖超声/CT影像导航，存在问题：难以实时区分肿瘤与健康组织，假阴性率高达25%；无法获取组织代谢状态，限制了个性化治疗方案的制定。

什么是“影像引导下经皮穿刺活检”？

影像引导下经皮穿刺活检（PNB）是通过超声、CT或MRI等影像技术实施导航，将穿刺针经皮肤刺入体内，获取肿瘤组织样本的微创诊断技术。医生在屏幕上观察针尖位置，引导其到达目标区域后，利用粗针（大于等于1毫米）切取组织条，或细针（小于1毫米）抽取细胞，用于病理学检查。

然而，这种"盲视下的精准"存在局限：患者呼吸、麻醉状态下的无意识移动会使针尖偏移目标；影像仅显示解剖结构，无法识别肿瘤内部的坏死、炎性或高代谢活性区域，导致25%的假阴性率。

光学技术对于体内评估生物组织灌注和代谢参数具有高度敏感性，光学技术的突破性进展为PNB带来了革新机遇。光学PNB是一种有前景的方法，通过选择样本提取区域并获取针尖处血管变化及生物组织代谢信息，提高诊断效率。

近期，俄罗斯奥廖尔国立大学的Viktor V. Dremin团队，在Light: Advanced Manufacturing上发表了题为Optical percutaneous needle biopsy in oncology的文章，介绍了光学PNB的发展，并且详细分析了漫反射光谱（DRS）、荧光光谱（FS）及其多模态融合在光学穿刺针活检中的进展，通过集成光纤探针与标准穿刺针，实现了肿瘤组织识别、代谢状态评估及术前导航，有望显著提升诊断效率。

什么是“漫反射光谱（DRS）与荧光光谱（FS）？

DRS：通过分析组织对光的散射和吸收特性，量化血红蛋白、血氧饱和度等参数，反映组织微循环和结构变化。例如，肿瘤区域因血管异常常显示血氧饱和度降低。

FS：基于内源性荧光团（如NADH、FAD）的自发荧光，揭示细胞代谢状态。NADH荧光强度增加常指示缺氧，是肿瘤代谢标志。时间分辨FS进一步通过荧光寿命区分游离与蛋白结合NADH，提升诊断精度。

多模态光学系统设计与集成

文章重点介绍了两种核心光学诊断系统：荧光与漫反射光谱（FS/DRS）系统和时间分辨荧光光谱（TRFS）系统。前者通过紫外（365 nm）和可见光（450 nm）激光激发内源性荧光团（如NADH、FAD），并结合宽带光源分析组织散射特性；后者专注于NADH荧光寿命测量，以区分游离与蛋白结合状态，反映细胞代谢 状态。系统均采用Y型多光纤探针，兼容标准穿刺针，实现光传输与信号采集的双向功能。

图1：术中光学诊断系统

探针设计注重小型化与可消毒性，适应不同器官（如肝脏、胰腺、乳腺）的解剖需求。

光学系统校准

为确保光学信号的可靠性，研究团队通过标准溶液测试了系统的浓度响应曲线。对于NADH荧光，而对于FAD，在0.5 mM及以上浓度时，信号强度会逐渐增加，随后出现停滞；胆红素在0.3 mM以上则因浓度淬灭导致信号衰减。时间分辨系统进一步验证了MF445滤光片可有效屏蔽FAD干扰，专用于NADH寿命测量（420 ps），且寿命参数在生理浓度范围内不受影响，突出了其对蛋白结合状态的敏感性。

图2：不同浓度下内源性荧光团的荧光强度

临床应用：乳腺癌代谢状态评估

在21例乳腺肿瘤患者（13例恶性、8例良性）的临床试验中，FS/DRS系统通过365 nm激发荧光和漫反射光谱，揭示了恶性肿瘤的显著低氧特征：组织饱和度（StO₂）低于良性组（p<0.05），且恶性区域荧光强度更高，反映NADH积累和胶原降解。

图3：乳腺癌肿瘤代谢状态光谱对比

肝脏活检导航

针对肝脏PNB，FS/DRS多模态系统实现了肿瘤与健康实质的实时区分。FS数据显示肿瘤区域荧光峰值红移（因胆汁滤光效应），DRS结合神经网络计算的StO₂在肿瘤中更高（源于动脉血供为主）。

图4：肝脏健康与肿瘤组织光谱特征

总结

光学经皮穿刺活检结合现有检查技术，可以提高治疗性肿瘤病理形态术前诊断的效率。通过多模态光谱技术，为肿瘤诊断提供了实时、在体功能学评估的新维度。未来，随着探头微型化和算法精准化，该技术有望成为术中标准辅助工具，提升肿瘤早期诊断和治疗策略个性化水平。（来源：先进制造微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.37188/lam.2025.072