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通常来说，DNA存在于各种细胞的细胞核中。细胞凋亡是人体的正常生理过程，平均每天会有5000万到7000万个细胞凋亡。当细胞凋亡后，原细胞核中的DNA会裂解成片段（长度为150-180bp）并以游离的形式存在于人体的血液和尿液中，称之为游离DNA（cellfreeDNA，cfDNA）。因此来自于肿瘤细胞的游离DNA称之为循环肿瘤DNA（ctDNA）。根据肿瘤患者的临床分期不同，ctDNA占cfDNA总量的0.16%-43%不等，1ml血液中约含有0.08-38ngctDNA。
ctDNA的半衰期非常短，一般不超过1.5小时。ctDNA检测在肿瘤的早期诊断和复发监控领域有重要应用。
ctDNA可在基因组水平分析肿瘤细胞，相关检测和解读是基因测序产业链下游的巨大应用，其发展速度受制于基因测序技术和遗传信息解读水平。ctDNA中含有肿瘤基因组的部分变异特征，如突变、插入、删除、拷贝数量异常等。自1977年Leon课题组发现癌症患者的血浆游离DNA水平要显著高于健康人群，经历近40年的发展，人们对ctDNA的认识逐步加深。特别是自2006年起，高通量测序技术的发展极大丰富地补充了肿瘤基因组学的知识储备。加之日益成熟的ctDNA捕获技术，使得人们对肿瘤细胞遗传信息的解读更加得心应手。
图1.ctDNA认知理解的发展史
ctDNA的检测方法主要有两种：第一种是以聚合酶链式反应（PCR）为核心技术的检测方法，如数字PCR（dPCR）、ARMS、BEAMing等，大致原理为针对肿瘤基因突变位点设计引物，该引物不能与正常基因互补配对，从而在PCR过程中无法扩增正常基因；第二种是以高通量测序为核心技术的检测方法，对获取的血液样本进行高通量全基因组测序，从而获取血液中全部游离DNA的序列信息。然而，现有的ctDNA检测方法均严重依赖肿瘤基因组学知识，以PCR为核心技术的检测方法需大量的肿瘤基因突变信息用于设计癌症基因特异性引物，以高通量测序为核心技术的检测方法则需要充足的肿瘤基因组学知识储备对测序得到的信息进行解读。
BEAMing方法原理
BEAMing（beads,emulsion,amplification,magnetics），其检测过程主要涉及如下四个过程：首先对血浆进行分离并纯化得到DNA，再进行传统的PCR扩增DNA；随后通过微乳液PCR（emulsionPCR），在DNA扩增时接入微磁珠，针对ctDNA和正常的DNA有不同的微磁珠；最后在磁场的作用下，ctDNA和正常DNA被完全分离，通过对比ctDNA/正常DNA的数量即可检测ctDNA含量。
dPCR方法原理
dPCR可实现绝对定量和稀有等位基因的检测，其工作原理为：首先将血浆中分离出的DNA分割成一个个的小微滴，臵于不同的微孔中，便于形成多个独立、平行的反应；随后对微孔中的DNA同时进行PCR扩增。在扩增时通过特定的化学试剂和染料探针标记其中的阴性分子，即ctDNA，检测到ctDNA会有信号累积；最后对每个孔的信号累积情况进行计算和定量分析，即可计算出原始样品中ctDNA的含量。
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