式中HpD为血卟啉衍生物，hv为吸收激光光子的能量，1HpD为HpD的激发单态，3HpD为HpD的激发三重态，3O2是处于三重态的基态氧分子，1O2是氧的激发单态，这一反应也称为光敏化反应。从这一过程中可以看出单态氧是使细胞灭活的物质，它是在光敏化反应时能量转移过程中由三重激发态HpD所促成，癌细胞的基质是这一反应的最终目标，基质的氧化造成了癌细胞的坏死。因此敏化剂、光源、氧成为PDT的基础。
根据解放军第107医院全军肿瘤诊疗中心/国家中西医结合肿瘤治疗重点专科临床治疗观察及国内外的有关报道，PDT治疗破坏肿瘤组织的途径综合为以下几个方面。
激光循环阻断：接受治疗几分钟即可在受照区看到血管（特别是小动脉）明显收缩，血管平滑肌受损，内毛细血管层消失，导致毛细血管血流紊乱，血球凝集，血栓形成，从而影响甚至阻断了肿瘤的血液供应，肿瘤因缺乏营养而死亡。
杀伤肿瘤细胞：当肿瘤细胞内HpD的含量达到一定浓度时，PDT治疗则可直接杀死肿瘤细胞。胞膜：是首先受损部位PDT改变了膜内脂蛋白的脂肪链使其运动性质和脂类分子空间排列发生变化，损害了膜结构的完整性，使其不能正常完成诸如物质运输、信息交换、能量传递等功能导致细胞损伤和死亡。也有人认为是线粒体首先受损，在镜下可见线粒体首先空化。然后是内质网扩张，胞膜及核膜破裂。也有人看到了膜的溶解，有人报道PDT治疗后前列腺E2的水平可增加10倍也认证了这一点。
细胞结构的破坏：蛋白质脂质和核酸均易受到PDT的损害，且对细胞内能量代谢有关的酶有选择性作用，主要使用于线粒体和粗面内质网。
PDT治疗也可抑制细胞核内DNA和RNA的合成，由此可见PDT对细胞的损伤机制不是单纯影响某一细胞器或细胞代谢中的某一环节，而是对细胞生物活性综合破坏的结果。它主要引起了细胞的线粒体、内质网、胞核、胞膜等的损伤；细胞色素氧化酶、碱性磷酸酶、β葡萄糖醛酸酶、乳酸脱氢酶等的活性均受到影响，总之是多个亚细胞结构和多个细胞酶代谢环节共同受损的结果。
三、PDT治疗后细胞的镜下改变
根据笔者及同仁们的动物实验结果观察到在PDT治疗后细胞形态学发生以下变化。
光镜下：PDT治疗后30min即可见较多的肿瘤内血管先后充血水肿。1.5h时肿瘤细胞胞浆和核内相继出现大小不等的颗粒或空泡。6h时细胞体积肿胀或缩小，增殖功能旺盛的大细胞数减少。12h即可见到较多的瘤细胞分解成碎片，细胞密度明显下降。24h瘤体内出现大小不等的散在坏死灶，瘤细胞核固缩，碎裂；胞浆，胞核空泡形成，胞浆嗜酸性改变，瘤细胞体积小，彼此分离。48h可见坏死区扩大融合；72h细胞已完全坏死，瘤体坏死也较完全，可见瘤内血栓形成，血管周围的瘤细胞坏死，照区的皮肤及皮肤的附属器官（血管壁坏死，神经轻度损伤）均有不同程度的受损。
电镜下：PDT治疗后30min可见线粒体肿胀，嵴排裂紊乱，少数可见绒球状致密体，游离核个体减少，核内异染色质轻度聚集，细胞表面微绒毛缩短成囊泡状。90min时线粒体肿胀更甚，嵴近消失，绒球状致密体已较常见；内质网扩张，粗面内质网表面膜颗粒脱失，核膜周隙扩大，核染色质边聚。6h时线粒体，内质网膜断裂已常见，胞浆内基质稀疏，核染色质高度聚集。12h时胞浆、胞核空泡化，次级溶酶体数增加，体积增大，并见有溶酶体样分泌颗粒位于肿瘤细胞之间，部分瘤细胞核膜已破裂，核质由破裂处溢入胞浆。DNA链断，姐妹染色体互换，DNA核蛋白体异常交联。24～48h可见胞浆，胞核呈空泡状，细胞器难辨；细胞膜及核膜多处断裂，部分瘤细胞固缩，形态不规则；表面微绒毛丧失，胞浆电子密度增加并呈同质化。
酶的变化：碱性磷酸酶（细胞膜酶）：90min后其活性增强，可见沿细胞膜单层或多层呈粗颗粒状排列。6h时其反应产物仍很丰富。24h后呈明显下降趋势。细胞色素氧化酶（线粒体酶）：30min瘤细胞内反应产物增加，浓聚，呈粗大颗粒状。90min时染色最深浓。12h后反应产物迅速减少。β葡萄糖醛酸酶（溶酶体）：6h时反应性升高，12～24h时可见细胞外逸，其反应产物大量位于肿瘤细胞间质，24～48h后逐渐下降。乳酸脱氢酶（胞浆内游离存在）：6h内活性增加，12～24h细胞外逸，24～48h后逐渐下降。
四、PDT治疗后临床（肉眼）所见
皮肤病灶治疗后约4～6h即出现局部充血，红斑样改变，继之水肿、水泡形成，破溃，溃疡面有渗液溢出，坏死组织脱落，溃疡形成，1周坏死组织脱落完毕，后渐形成棕色痂皮，4周左右痂皮完全脱落，残留愈合后的疤痕。
粘膜病灶治疗后可见局部粘模肿胀，次日可见白膜形成，3日始就开始有坏死粘膜脱落，3周始有新生粘膜开始生长。
皮下及体内实质性肿瘤，可见初期包块增大，随之就明显缩小。
五、PDT临床治疗方法
肿瘤的PDT治疗采用注射光敏剂、光敏剂在肿瘤部位的聚集、激光照射及肿瘤脱落4个过程。目前临床上常用的光敏剂为Photofrin。
1.给药方式
静脉给药：目前常用的给药方式，较安全。
动脉给药：在X光下介入插管至肿瘤位，如肝癌等，表浅肿瘤也可选其供血动脉从体表直接穿刺给药，如腮腺肿瘤、鼻咽癌等。剂量酌减，视肿瘤大小而定，常规用药的1/5～1/10即可。
肿瘤组织内注射：在肿瘤组织内部或基底呈点阵状注射，HpD能均匀分布于瘤体内。
腔内注射法：如膀胱、胸腔等可直接腔内给药，结直肠肿瘤可直接通过灌肠给药。
肿瘤表面贴敷：光敏剂原液湿纱布或棉片直接贴敷于肿瘤表面3～4h，其间不停地往贴敷物上滴原液，保持其药物浓度，使药物充分被肿瘤组织吸收后可行治疗。
孵化给药法：可用血管内给药，也可将血液抽出体外，与光敏剂混合静滴，使异常血球或血液内的瘤细胞与光敏剂结合。也可在腔洞内滴入药液，使腔洞内瘤体充分吸收光敏剂（也可和贴敷法联合应用）。
后4种给药途径均可适量减少用药剂量。
2.激光照射剂量
照射功率密度一般为100～250mW/cm?，能量密度100～500J/cm?，视肿瘤的类型、大小、部位等具体情况而定。据解放军第107医院全军肿瘤诊疗中心的临床经验，参照国内外有关文献提供以下数据作为参数（最低能量要求）：
表面照射＜0.5cm厚度，用200mW/cm?×20min以上或400J/野（直径1cm）；0.5～1cm厚度，用300mW/cm?×20min以上或480J/野（直径1cm）；1～1.4cm厚度，用400mW/cm?×20min或720J/野（直径1cm）；1.5cm以上应选用插入法照射、其剂量和体表相同。
3.光导纤维的选择
点状光纤：即光纤末端前出光，适用体表面照射或阻塞管道的肿瘤，也可用作插入治疗。
球状光纤：360°球面出光，适应腔内多中心癌肿的照射。
楔状光纤：光纤头呈楔形，适合于组织间切插入照射。
柱状光纤：适合于长管内肿瘤（如食道癌等），也可和套管针配合，介入导管配合，瘤体内照射。
总之可根据不同形态的病灶，瘤体的大小、多少、厚薄和其所处的位置，选择不同的光纤，力求消灭死角，取得最大照射区域。
4.PDT照射方式
（1）体表直接照射：适用于体表皮肤或借助简单器具即可充分暴露瘤体的浅表腔洞内的肿瘤，如皮肤、外阴、浅表的腔洞如眼、耳、口、鼻、尿道外口等处的肿瘤。可根据病灶的大小按1cm?列阵点状照射，切勿遗漏，其照射范围应包括病灶周围5mm以上的正常组织。
（2）组织间照射（插入法）：肿瘤过大或深部肿瘤可选用此方法，按1～3cm?的密度立体列阵治疗，应密勿疏、范围应大勿小。可通过介入插管或体内穿刺法到达肿瘤体内。
（3）腔内照射：和各种腔镜（胃镜、肠镜、纤维支气管镜、膀胱镜等）相结合，经腔镜的活检、治疗、操作通道，将光纤直达病灶部位，据肿瘤的大小选择表面照射或插入照射。
（4）体外照射：适用于非实体性肿瘤的治疗（如白血病），可将患者血液经HPD孵化后，引出体外经激光照射处理后回输，也有采用血管内照射来代替此疗法的。
（5）综合治疗：手术或激光手术。先经手术或激光手术，或腔内电刀、激光刀切除病灶后，对残灶进行PDT治疗，可确保病灶彻底清除，将残存的癌细胞从正常组织中雕刻出来。
（6）间质热疗：可和肿瘤间质热疗同时应用，两者相辅相成，使疗效更佳。
（7）其他：PDT可和肿瘤的放、化疗等常规治疗同时或交替进行，可增加其疗效。
5.适应症
PDT是基于特定病变组织能较多的摄取和存留光敏剂，光辐射后发生强烈的光动力效应，彻底破坏病变组织。只要这些病灶处于激光光纤能够抵达照射的范围，就可成为PDT的适应症，特别适用于年老体弱或有手术、放、化疗禁忌的病人，以及术后、放疗后复发的病人。
（1）消化系统：食管癌、胃癌、结肠癌及癌前病变、胆管癌等。
（2）呼吸系统：中央型肺癌，支气管腔内生长为主或术后残端复发者效果较好。
（3）五官：鼻咽癌放疗后局部复发者，口腔癌、喉癌及粘膜白斑，重度不典型增生。
（4）泌尿系统：膀胱癌、前列腺癌。
（5）妇科：宫颈癌、子宫内膜癌、尖锐湿疣。
（6）神经系统：脑部恶性肿瘤切除术中的术野照射，各部位恶性肿瘤切除术后的残端复发或术野的预防性照射。
（7）皮肤科：皮肤癌，银屑病。
6.禁忌症
（1）血卟啉症及其他因光而恶化的疾病。
（2）已知对卟啉类或任何赋形剂过敏者。
（3）肿瘤已侵犯大血管及邻近主要血管。
（4）计划在30天内行手术治疗者。
（5）存在眼科疾病在30天内需要灯光检查者。
（6）光纤无法到达部位的肿瘤。
（7）气管肿瘤致重度狭窄者。
（8）食管癌合并食管静脉曲张者。
7.对PDT治疗方法的评价
根据解放军第107医院全军肿瘤诊疗中心的临床治疗观察，结合国内外有关报道应该肯定的有以下几点：
（1）治疗时同时有荧光定位诊断，确保治疗指向和范围。
（2）有选择性地杀伤肿瘤、最大限度地保留了正常组织。
（3）抗瘤谱广，可适用于各种癌瘤，也适用于部分血管性病变。
（4）可和手术、放疗、化疗以及间质热疗等常规治疗方法合用以增强疗效。
（5）可适用于各种人群，包括不宜于手术、放疗、化疗的患者。
（6）无白血球减少、骨髓抑制、消化道反应、脱发、免疫力下降等全身毒副作用，故该治疗安全可靠。
（7）该方法可以多次重复使用。
（8）少数患者有皮肤光毒反应，但避免强光直射可以预防，发生后采用脱敏疗法可以治愈。部分患者可有酶谱的改变，这是肿瘤坏死所致，随着病情的好转可以康复，无需特别保肝治疗，如用保肝药物，可加速其康复的速度。
六、常见肿瘤的PDT治疗
1.消化系统肿瘤的PDT治疗
PDT应用于消化系统肿瘤主要包括食道癌、胃癌、大肠癌及其癌前病变（如Barrett食管等），其中食管癌和大肠癌因管腔窄、光照盲区少，疗效较稳定，故应用较为广泛。虽然早期食道癌手术切除的疗效较好，5年生存率达70%，但由于早期诊断率低，仅为10%，绝大多数患者在诊断时已失去手术根除的机会。PDT对癌组织有特意选择性毁损作用，侵入性少，对各期患者均可应用，国外报道，对早期和进展期食道癌，完全应答率16%～97%，多数报道在70%左右；对于晚期及术后复发病例，完全应答率15%左右，可明显缓解吞咽困难和出血等并发症，改善患者生存质量。大肠癌的恶性程度低，多数主张手术，故PDT治疗早期癌报道较少，一组对进展期大肠癌患者71例报告显示，1年完全应答率为35%，部分应答率为44%。对晚期患者缓解疼痛、控制出血和缓解肠梗阻有效率达70%。PDT治疗消化系统肿瘤的主要并发症有食管瘘、狭窄及胃肠穿孔等，国内外报道发生率为0～26.7%不等。对光敏剂过敏、肿瘤侵犯大血管、食管纵隔瘘和食管气管瘘为治疗禁忌证。
消化系统肿瘤的PDT治疗适应症：①早期消化道癌；②年老体弱，全身情况差或伴有严重的内科疾病，不能耐受手术；③癌瘤发生在食管上段不能做手术者或直肠癌病人不愿做人工肛门者；④消化道癌手术后局部复发；⑤放化疗无效的病人，或与放化疗结合应用；⑥晚期食管癌姑息治疗，减轻病人痛苦或为缩小中期消化道癌灶，为手术提供机会；⑦癌前病变的预防性治疗。