支气管镜技术在肺外周病变诊断中的研究进展
支气管镜技术在肺外周病变诊断中的研究进展
肺癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，亦是癌症病死的主要原因［1］。而对肺癌高危人群进行胸部低剂量CT筛查，肺癌病死率将随之降低［2］。随着人们对肺癌筛查意识的提高及胸部CT使用的增加，孤立性肺结节（solitary pulmonary nodules，SPNs）的检出数量亦在不断增加，其中，超过70%的病变为肺外周病变（peripheral pulmonary lesions，PPLs）［3］，尽管部分PPLs可通过CT进行监测，但长期监测会对患者产生电离辐射影响［4］，此外，大部分PPLs仍需组织病理学检查明确诊断，以便后续开展治疗。对介入肺科医生来讲，获得理想的PPLs标本具有挑战性。
虽然CT引导下经胸壁穿刺活检具有较高的诊断准确性，但并发症发生率同样较高（如气胸和出血）［5］，且无法同时明确肺癌是否有纵隔淋巴结的转移。相较之下，经支气管镜活检（transbronchial biopsy，TBB）是一种相对安全的方式，但传统支气管镜检查即使是在透视引导下对PPLs的诊断率亦较低［6, 7, 8］，因此在既往的几十年里，各种新型的支气管镜诊断技术不断发展，并应用于呼吸介入病学领域，不仅可以对病变进行导航，亦能进行实时诊断，在提高诊断率的同时亦保证了安全性。对PPLs，“病变导航-实时诊断”的一体化动态支气管镜诊断方式，将是未来介入呼吸病学的发展趋势。本文主要聚焦于用于诊断PPLs的支气管镜导航技术和实时成像技术，通过最新进展以改善PPLs的诊断。
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一、传统支气管镜检查在诊断PPLs中存在的局限性
自1964年日本OLYMPUS公司Ikeda设计了进入气管各分支的内镜，制成了标准的光导纤维支气管镜以来，介入支气管镜检查在呼吸系统疾病的诊治中广泛应用。然而，常规支气管镜（外径为5.9 mm）只能进入3级或4级支气管，无法直视更远端支气管的PPLs，尽管可以采取多种采样技术，包括TBB、经支气管镜针吸活检（transthoracic needle aspiration，TBNA）、经支气管镜刷洗和冲洗，但据美国胸内科医师学会质量改进登记、评估和教育数据库的结果显示，传统支气管镜检查对PPLs诊断率为63.7%［6］。而在一项比较传统支气管镜与细支气管镜对PPLs的诊断率的多中心、前瞻性临床研究中，传统支气管镜对PPLs的诊断率仅为37.7%［7］，且受病变大小、病变位置、快速现场评价技术（rapid on-site evaluation，ROSE）、采样技术和支气管征［8］等因素的影响［6, 7, 8］。鉴于X线透视的实时可视化，透视引导目前仍是传统支气管镜检查中较为常用的辅助方法［9］，但不同研究PPLs的诊断率存在较大差异（19%~83%）［8］，而部分PPLs由于特殊的位置（如与纵隔结构重合）和性质（如磨玻璃病变）增加了透视引导的难度［9］。
二、诊断性支气管镜技术的新进展
（一）病变导航
1. 径向支气管内超声（radial endobronchial ultrasound，r-EBUS）：
r-EBUS通过支气管镜内置入超声探头（外径为1.4 mm，频率为20 MHz，组织穿透深度可达5 cm），可在气管腔内进行360度扫描成像，通过实时确认靶病变的位置以改善对PPLs的识别和定位。该技术引入我国已有二十余年，据我中心进行的一项全国性横断面研究显示，r-EBUS是我国目前最常用的支气管镜引导技术［10］。Sainz Zuñiga等［11］的Meta分析了51项评估r-EBUS诊断PPLs敏感性和安全性的临床研究（7 601例PPLs患者），结果显示，r-EBUS的敏感性为72%，并发症发生率仅为0.7%。多种因素与r-EBUS的诊断敏感性相关，其中，探头位置最重要。探头在病变区域内部时（即中央型）（图1A）的诊断率较探头偏离病变区域时（即周边型）（图1B）的更高［12］，亦体现了r-EBUS的局限性，即在r-EBUS图像表现为“周边型”的情况下，二维超声仅能提供靶病变位于气道附近某处，无法告知操作者靶病变相对于探头所在气道的具体空间方位。多项评估r-EBUS诊断PPLs的研究发现，支气管征阳性与较高的诊断率相关［13, 14］，但在Sainz Zuñiga等［11］的研究中这一结论未获得证实。而ROSE的使用可有效提高r-EBUS 在PPLs诊断中的准确性，缩短手术时间，减少活检次数，降低并发症发生率［11，15］。其他因素如病变大小、病变性质（实性或磨玻璃）和位置及探头推进进入病灶内部时的阻力等是否影响r-EBUS的诊断敏感性尚待进一步探究［11，15, 16, 17, 18］。
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r-EBUS的另一个局限性是在完成靶病变定位后，需要从支气管镜的工作通道中取出探头，之后在无超声实时引导的情况下完成采样，导致活检工具放置的准确性在很大程度上依赖于操作者的经验。设计引导套管以试图解决上述限制，Oki等［16］进行了一项多中心随机对照研究，605例PPLs患者随机分至带或不带引导套管组，两组患者均进行了r-EBUS引导下的TBB，结果显示，带引导套管组r-EBUS对PPLs的诊断率明显高于不带引导套管组r-EBUS（55.3% 比 46.6%，P=0.033）。亦有研究显示，带或不带引导套管在PPLs的诊断率上无显著差异［11，19］。我中心亦探索了带或不带引导套管的r-EBUS在诊断PPLs中的价值，并得出类似结论［20］。另有研究回顾性地比较了带或不带引导套管对直径≤20 mm的PPLs的诊断率，结果显示，与带引导套管的r-EBUS比，不带引导套管的r-EBUS对PPLs的诊断率更高（82.9% 比71.7%，P=0.233），特别是直径≤15 mm的PPLs（80.7% 比 50.0%，P=0.036）［17］。导致上述差异的原因可能是r-EBUS可以获取更多的样本量［17］，或者活检工具会引起引导套管的移位［21］。一项多中心前瞻性研究评估了一种新型的r-EBUS探头在PPLs诊断中的有效性，该探头的细针紧靠导管，在实时可视化病变的同时可完成采样［22］。该技术具有提高r-EBUS诊断PPLs准确性的潜力，未来需进一步研究验证。
2. 虚拟支气管镜导航（virtual bronchoscopic navigation，VBN）和电磁导航支气管镜（electromagnetic navigation bronchoscopy，ENB）：
VBN 通过CT图像重建形成虚拟支气管图像，更高效地选择正确的支气管分支抵达靶病变。一项评估通过/不通过VBN辅助支气管镜检查对PPLs诊断的Meta分析显示，与非VBN辅助支气管镜检查比，VBN辅助支气管镜检查虽然并未增加PPLs的总诊断率（74.17% 比 69.51%，P=0.13），但操作时间缩短了3.94 min（P=0.003），对直径≤20 mm的PPLs，VBN辅助支气管镜检查的诊断率更高（64.0% 比 54.6%，P=0.005）［23］。VBN的局限性在于，不能针对术前CT重建图像与术中实际图像的差异，进行实时匹配和调整。
ENB的问世为解决此限制提供了新方案，它将电磁导航系统与CT成像相结合，可实时引导。迄今为止，规模最大的前瞻性多中心研究评估了ENB在PPLs患者中的安全性和有效性，结果显示，在接受ENB引导下活检的1 157例PPLs患者中，总诊断率为73%，2级以上气胸发生率为2.9%，出血发生率为1.5%，4级以上呼吸衰竭的发生率为0.7%［24］。Qian等［25］的Meta分析显示，ENB与VBN诊断PPLs的敏感性并无差异（均为80%），但特异性ENB优于VBN（81% 比 65%）。Yutaka等［26］对100例PPLs患者行ENB检查，50例PPLs患者行VBN检查，结果显示，与VBN比，ENB显著提高PPLs的诊断率（64.0% 比 46.0%，P<0.000 1），多因素分析显示，支气管征阳性是ENB和VBN成功诊断的重要因素。多项研究证实，ENB亦能获取足够的标本进行分子学检测［24，27］。
ENB和VBN均易受生理运动（如呼吸、心跳等）的影响，因此，将其他定位技术（如r-EBUS、透视等）与ENB或VBN相结合，可能是良好的解决方法［20，28, 29］，但需要更深入的研究证实。
3. 机器人支气管镜（robotic bronchoscopy，RB）：
由于支气管镜的尺寸有限，以及操作工具的非柔性特征，不管是r-EBUS抑或VBN、ENB，对PPLs的诊断率仍不理想。RB利用机械臂代替传统的手持操作，能进入更深的肺部组织，可快速、精准到达目标位置［30］。目前，在呼吸介入领域有两款常用的RB系统——Auris Health公司的Monarch平台（2018年3月获批）和Intuitive Surgical公司的Ion平台（2019年2月获批）。Monarch平台具有两个独立的机械臂，采用电磁导航技术，配有4.2 mm内镜和2.1 mm工作通道；而Ion平台由单个机械臂控制，采用光纤形状感应技术，能避免电磁和金属干扰［31］，并配有3.5 mm导管和2.0 mm工作通道，可在任何方向进行180度弯曲。
2021年，Chen等［32］首次进行了关于RB在PPLs中应用的前瞻性多中心研究，共纳入5家医院54例PPLs患者，PPLs平均大小为23.2 mm，使用Monarch 平台，96.2%的病变可成功定位，并发症发生率为3.7%（均为气胸），但总诊断率低于预期，仅为74.1%，可能是针尖位于靶病变的一侧引起定位出现偏差导致。Kalchiem-Dekel等［33］报道了Ion平台在PPLs诊断中的价值，其分析了131例PPLs患者，病变平均大小为18 mm，结果显示，病变的导航成功率为98.7%，诊断率为81.7%，恶性病变的诊断敏感性为79.8%，并发症发生率为3%。Yarmus等［34］通过尸体研究发现，与r-EBUS、ENB比，Ion平台能明显提高PPLs的定位和穿刺能力。Oberg等［35］通过Ion平台联合1.1 mm超细冷冻探头对112例PPLs患者进行活检取样，诊断率达90%，并且获得了足够的标本可进行后续的分子学分析，仅6例患者出现气胸，其中3例需要胸腔闭式引流。Reisenauer等［36］将Ion平台与移动式3D成像结合，使PPLs的诊断率高达93.3%，有效减少生理运动的干扰，从而降低靶病变的偏移率，且无出血、气胸等并发症发生。除了Monarch和Ion平台，国产机器人亦已问世，2022年3月，四川大学华西医院成功完成了全国首例国产机器人——微创机器人辅助经支气管镜肺结节活检术。
由此可见，RB在PPLs的诊断上具有巨大潜力，根据2022年外科手术数字化系列报告显示，预计我国2027年RB的装机量较2023年将增加57%。但RB在进入临床实践前，需从卫生经济学角度评估其成本效益。
4. 锥形束CT：
锥形束CT可提供三维CT图像，结合图像分割和增强透视技术，克服了传统透视的不足，使传统透视不可见的PPLs可视化［37］，并解决了静态 CT 扫描和动态呼吸之间的图像差异，能对病变实时、准确地定位［38］。Kawakita等［39］通过回顾性分析发现，与传统CT引导的TBB比，锥形束CT引导的TBB在诊断PPLs上具有明显的优势，缩短操作时间（43 min比50 min，P=0.001），提高诊断率（72.9%比47.9%，P=0.012）。在Pritchett等［40］的前瞻性研究中，51例PPLs患者，PPLs平均直径为18 mm，锥形束CT的诊断率为78.4%。此外，多项研究显示，锥形束CT可提高r-EBUS、VBN和EMN的导航成功率和诊断率，且不增加并发症的发生率［37, 38，41, 42］。而锥形束CT引导下的介入操作所产生的平均辐射剂量为16.4 Gy cm2［37］，与胸部或腹部CT相当［38］，并且随着操作经验的增加和方案的具体化、个性化，辐射剂量将进一步降低［41］。
尽管目前关于锥形束CT的研究已积累了一些有希望的数据，但缺乏大样本的多中心随机对照研究证实其在PPLs诊断的价值，且锥形束CT设备昂贵，临床效益亦是必须考虑的因素。
5. 支气管镜下经肺实质结节抵达术（bronchoscopic transparenchymal nodule access，BTPNA）和经支气管通路工具（transbronchial access tool，TBAT）：
上述的导航技术均依赖于自然支气管管腔，对腔外的PPLs，支气管镜则很难抵达结节，为解决这个难题，开发了BTPNA和TBAT技术。两者通过支气管镜操作孔道导入特定的穿刺针，穿透相应的支气管管壁进入肺实质内，人工建立气道与PPLs间的通道，从而对PPLs实施活检。
BTPNA于2015年首次应用于临床，12例PPLs患者中10例成功建立了支气管旁路通道并进行活检，所有活检标本与患者后期外科手术后的诊断均相符，且无介入操作相关的并发症发生［43］。一项前瞻性、单臂多中心研究评估了BTPNA在PPLs患者中的安全性和有效性，纳入了104例PPLs患者，病变平均大小为24 mm，结果显示，BTPNA的诊断率为75.4%，基于BTPNA的TBNA的诊断率为72.8%，且与病变位置、大小及是否存在支气管征无关，并发症发生率仅2.9%（2例气胸和1例轻度出血）［44］。目前亦有几项研究［45, 46］初步显示了TBAT技术的安全性和可行性。BTPNA 和TBAT技术开创了一个新时代，尤其对无支气管征的PPLs，未来将会发挥重要作用，但鉴于相关的临床研究有限，需进一步研究，特别是大规模多中心随机对照研究验证上述发现。用于诊断PPLs的支气管镜各项导航技术见表1。
（二）实时诊断
1. 共聚焦激光显微内镜（confocal laser endomicroscopy，CLE）：
CLE是一种新型的基于光纤的“光学活检”技术，利用激光和荧光效应来获取关于病变的实时二维或三维图像，在介入呼吸病学中，有一种商用的CLE系统（Cellvizio®；Mauna Kea Technologies，法国），横向分辨率高达3.5 μm，视野范围最高可达600 μm，而临床实践中应用的CLE包括基于探针的CLE（probe-based confocal laser endomicroscopy，pCLE）和基于针头的CLE（needle confocal laser endomicroscopy，nCLE）。
Arenberg等［47］根据“致密性肺泡结构”提出了pCLE诊断PPLs的第一个标准，即Columbus分级，当使用该标准对PPLs进行评估时，肺癌检测敏感性提高至70%~80%，特异性提高至58%~74%。Hassan等［48］为评估外径仅为0.6 mm的共聚焦探头（CholangioFlex®）在PPLs诊断中的价值，纳入了48例恶性PPLs患者，结果显示，r-EBUS联合pCLE的诊断准确率为79.2%，尽管所有部位的PPLs均可被探查，但空间分辨率和图像质量却降低。配有微型探针的nCLE可能提供了新的解决方法，Wijmans等［49］报道了nCLE在PPLs患者中的应用，肺腺癌的nCLE图像特征表现为肺泡腔内的暗色聚集物。随后，该团队确定了三种与肺癌相关的nCLE图像特征：增大的多形性细胞、深色团块和定向流（图2），其诊断肺癌的准确性高达90%［50］。Kramer等［51］则确定了四种用于气道和肺实质的nCLE标准（弹性蛋白纤维束和代表气管、支气管上皮和肺泡的静态图像），可与恶性肿瘤的nCLE标准区分，准确率为95%。此外，nCLE亦可与机器人支气管镜［52］或近红外探测技术［53］相结合，从而优化PPLs的分析，提高诊断率。由于人工智能可以帮助分析CLE成像，未来，与人工智能的结合将是CLE的发展方向［54］。
2. 拉曼光谱（raman spectroscopy，RS）：
RS是一种基于光的非弹性散射（拉曼散射）的光学技术，通过检测与恶性肿瘤相关的生化变化，可快速进行体内诊断。然而，对RS的解读具有挑战性，特别是非专业人员，最近，将人工智能与RS结合用于区分肺癌组织和健康肺组织展现出显著优势［55］。一项Meta分析显示，RS检测肺癌标本具有高度敏感性（92%）和特异性（94%）［56］。尽管RS在生物学中已应用数十年，但由于具有拉曼散射特征的光子占比很小，通常需要较长时间以采集PPLs的光谱，限制了其在临床上的应用。随着RS检测系统的不断改进及支气管镜专用的拉曼导管的研发，采集时间明显缩短，为进一步的体内应用奠定了基础［57］。最近研发的微型拉曼探针可在r-EBUS技术的配合下获取PPLs的RS，显现出RS在PPLs诊断中的潜在应用价值［58］。鉴于该技术仍处于早期阶段，因此需要大规模的临床研究提供更多的证据。
三、总结与展望
在既往的20余年中，各种经支气管镜气道腔内介入诊断技术的突破性进展，已改变了对PPLs管理的格局，同时亦带来诸多技术上的新问题。“病变导航-实时诊断”的一体化动态支气管镜诊断方式，将是未来介入呼吸病学努力的方向，同时通过多学科合作及高质量的临床研究，不断总结出具有循证医学价值的临床实践数据，指导临床选择最佳的诊断技术。
引用：田森, 王新宇, 黄海东, 等. 支气管镜技术在肺外周病变诊断中的研究进展[J]. 中华内科杂志, 2023, 62(11): 1346-1352.
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