金發(fā)光

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虛擬支氣管鏡導航系統(tǒng)在肺內小結節(jié)診治中的應用評價

Application evaluation of virtual bronchoscopy navigation system in the diagnosis and treatment of pulmonary nodules

金發(fā)光

金發(fā)光，男，第四軍醫(yī)大學唐都醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科主任，博士，教授，主任醫(yī)師，博士生導師。兼任陜西省醫(yī)學會內科學分會主任委員、呼吸結核分會名譽主任委員、全軍呼吸內科專業(yè)委員會副主任委員、中國醫(yī)師協(xié)會呼吸醫(yī)師分會常務委員、中華醫(yī)學會呼吸病學分會委員、中華醫(yī)學會呼吸病學分會介入呼吸病學分組副組長、中國肺癌早期篩查協(xié)作組副組長并西北組組長、中國醫(yī)師協(xié)會內鏡分會常務委員、整合呼吸專業(yè)委員會主任委員、中國支氣管病及呼吸內鏡委員會副主任委員、中國老年醫(yī)學會呼吸和危重病委員會委員、國家衛(wèi)生部內鏡專家委員會常務理事、《中華肺部疾病雜志》、《轉化醫(yī)學雜志》副總編輯、中國呼吸醫(yī)師網站副總編輯等職務，為《中華結核呼吸雜志》、《國際呼吸雜志》、《中國呼吸與危重癥醫(yī)學雜志》、《中國急救醫(yī)學》、《中華臨床醫(yī)師雜志(電子版)》、《中華診斷學雜志》等雜志常務編委、編委或特約編輯等。獲國家進步三等獎1項、軍隊醫(yī)療成果一等獎2項、軍隊科技進步二等獎2項、陜西省科技進步一等獎、陜西省科技二等獎1項、中華醫(yī)學科技三等獎1項。主要致力于呼吸衰竭、肺癌早期診斷和呼吸病介入微創(chuàng)診治等方面的研究，并在國內形成明顯特色和優(yōu)勢。承擔國家自然科學基金5項、國家衛(wèi)生行業(yè)重大專項1項、國家科技重大專項課題“十二五”重大新藥創(chuàng)制課題分題1項、軍隊科技攻關重點項目1項、軍隊臨床重點創(chuàng)新項目1項、軍隊“十一五”攻關項目1項、陜西省攻關項目4項，承擔學校教學課題5項，近年來共發(fā)表論文296篇， SCI收錄53篇，出版專著(包括主編、副主編及參編)共17部。

肺； 肺小結節(jié)； 支氣管鏡； 虛擬導航檢查

隨著全民體檢意識增強和胸部計算機斷層掃描(computed tomography, CT)、磁共振 (magnetic resonance, MR)、正電子發(fā)射計算機斷層顯像(positron emission tomography-computer tomography, PET-CT)等現(xiàn)代化醫(yī)療設備的廣泛應用，肺孤立性小結節(jié)的發(fā)現(xiàn)機率明顯增加。肺孤立性小結節(jié)(solitary pulmonary nodule, SPN)是指影像學上直徑小于3 cm，周圍被含氣肺組織所包繞，不伴有肺不張或肺門淋巴結腫大的單發(fā)肺實質病灶[1- 2]。準確及時地明確SPN的診斷，尤其是對SPN良、惡性的鑒別診斷一直是臨床醫(yī)師面臨的難點[3- 4]。傳統(tǒng)的經支氣管鏡肺活檢或經透視、CT或超聲引導經皮肺穿刺等活檢，單純根據(jù)X線或CT閱片定位，檢查時存在著很大的盲目性，其診斷準確率取決于病變部位、大小、閱片定位能力以及操作技術人員的熟練程度和水平，對肺小結節(jié)的正確診斷率相對較低。此外，經X線、CT或B超引導下經皮肺穿刺還較容易導致出血、氣胸、猝死等嚴重并發(fā)癥[5-6]。近年來，新開展的虛擬支氣管鏡導航系統(tǒng)(virtual bronchoscopy navigation, VBN)是一種基于CT三維成像術，其通過圖像識別，可以建立虛擬支氣管路徑，引導支氣管鏡到達目標病灶進行活檢，從而達到提高肺小結節(jié)活檢陽性率目的[7-8]。VBN技術突破了傳統(tǒng)支氣管鏡僅能進入段支氣管鏡的技術瓶頸，顯著提高了支氣管鏡檢查深入肺末端的程度，為SPN的診斷提供了前所未有的微創(chuàng)診斷解決方案，是早期肺癌發(fā)現(xiàn)和診斷的重大突破，并且為術前提供了精確的病理參考和手術標記，大大提高了肺手術的安全性和準確性?，F(xiàn)就VBN在SPN診治中的應用作一綜述和評價，旨在探討VBN在SPN診斷中的價值，以便為臨床推廣應用提供可靠證據(jù)。

一、VBN學術背景

2000年以來，隨著呼吸內鏡介入技術的不斷發(fā)展和完善，一項全新的用于SPN的診斷技術VBN問世。其集仿真支氣管鏡與可彎曲支氣管鏡的優(yōu)點于一身，進入了支氣管鏡下SPN活檢術的新時代。VBN是將重建好的胸部薄層CT數(shù)據(jù)以DICOM格式輸入導航系統(tǒng)，通過特定軟件處理，可以形成類似支氣管鏡進或出支氣管的虛擬支氣管樹，同時可進行肺部病灶標定，制定活檢路徑和手術規(guī)劃，從而為肺部病灶的活檢提供最可靠的幫助[9]。該系統(tǒng)亦可稱為數(shù)字肺，可以很好的展示三維支氣管樹的結構及其變異，包括展示支氣管狹窄部位、長度和氣道畸形，能標定SPN的位置、大小、空間、密度、結構以及與毗鄰支氣管和血管的關系，還可以協(xié)助測量界定腔內外病變范圍，對選擇肺部靶目標及其術前路徑規(guī)劃能達到非常精確的指導作用。

VBN最重要的一點是能定位導航，就像汽車的定位導航系統(tǒng)一樣，能準確引導我們到達目的地。操作者沿著VBN規(guī)劃好的路徑，并在有色線條引導下，將支氣管鏡送入所選擇支氣管并達到目標病灶，在操作過程中可以實現(xiàn)實際視圖的前進、后退、旋轉方向等與虛擬視圖的同步。Merrite等[10]通過對10個肺周圍性病灶進行VBN引導下的支氣管鏡和傳統(tǒng)支氣管鏡檢查的對照研究，結果顯示：對于VBN引導定位病灶的精確度為(94±7.9)%，而傳統(tǒng)支氣管鏡檢查精確度為(43±16)%；對于平均活檢位置誤差(活檢鉗接觸氣管壁的接觸點至病灶邊緣的距離)VBN為(2.2±2.3)mm，而傳統(tǒng)鏡檢為(9.7±9.1)mm。這樣的結果說明VBN解決了定位難、操作時間長等臨床難題，能提供足夠的信息指導支氣管鏡操作者一站式地把氣道檢查及病理活檢操作完成，并能得到較高的陽性率，為肺周圍性小結節(jié)的快速診斷、外科手術定位以及無手術機會的肺周圍性病變患者施行經支氣管鏡下準確的輔助治療，如為電消融、射頻消融、激光消融、冷凍消融、病灶內注入藥物、放射性離子植入以及放療準確定位提供良好的導航定位技術。然而，VBN也存在一些問題，并不是萬能的，其對于小于3 mm的氣道病變因為炎癥或者堵塞可能探測不出來，堵塞遠端通暢的氣道內病灶物質也可能無法被提取，這可能就是出現(xiàn)漏診的原因[11]。

二、VBN臨床應用類型

1. Directpath VBN：Directpath VBN是由日本奧林巴斯公司生產的導航系統(tǒng)，臨床上稱為一代導航。它是直接運用胸部CT掃描數(shù)據(jù)重建出三維支氣管樹，其重建過程簡單、快速。單頻顯示出模擬內鏡進出目標病灶的情形，同時顯示鏡頭離目標支氣管的直徑，記錄到達目標病灶時進入的虛擬支氣管級別，并由操作者人為調整保持虛擬導航路徑跟實時支氣管路徑的同步[7]。Directpath VBN具有以下優(yōu)點：①基于64排CT掃描、0.625 mm層厚的數(shù)據(jù)可以獲得較好的重建結果、其具備引導常規(guī)/超細支氣管鏡進入肺外周目標支氣管的能力；②虛擬支氣管鏡圖像與實際內鏡圖像一致性高，可以引導常規(guī)支氣管鏡準確進入4～6級支氣管，亦可以引導超細支氣管鏡準確進入6～8級細支氣管；③可以同超聲徑向支氣管內鏡相結合，提高超聲徑向內鏡操作準確性和速度；④不與電子支氣管鏡轉換器連接，實際導航過程中不受患者咳嗽的影響；⑤如若發(fā)現(xiàn)有未被檢出的支氣管，Directpath VBN可利用ROI模式中的半自動檢出和手動檢出補充。

2. Lungpoint VBN：Lungpoint VBN是2012年由Broucus Medicul，inc公司設計、制造和銷售的導航系統(tǒng)，也稱為二代導航系統(tǒng)，讓臨床醫(yī)師能設計支氣管鏡的操作過程，接著導航至肺部準確位置來進行肺癌診治。另外，Broucus已經開發(fā)并且正在銷售其專有的組織取樣設備Flex NeedleTM，該設備能對全肺所有的病灶進行定位。其特點是它可將靶點重疊于虛擬和真實的支氣管鏡視圖中，當操作支氣管鏡通過氣道時，在“程序導航”界面上自動同步虛擬導航計劃和實時支氣管鏡視頻，用以確定位置和方向，可以實現(xiàn)真實視圖與虛擬動畫及路徑并列雙頻顯示[6]。其缺點是如遇到患者咳嗽或分泌物較多時，Lungpoint VBN則難以明確位置和方向[11]。

3. Lungpoint阿基米德系統(tǒng)：Lungpoint阿基米德系統(tǒng)即Lungpoint支氣管鏡放置計劃及導航系統(tǒng)是在Lungpoint VBN基礎上所研發(fā)的一項創(chuàng)新技術[11]。其操作過程是：①首先采集患者CT數(shù)據(jù)，3D重建出支氣管和血管后計算出每條支氣管中心線，然后識別并選定病灶，系統(tǒng)將自動規(guī)劃出到達病灶點或氣管壁穿刺點的路徑；②操作時，常規(guī)支氣管鏡沿導航路徑到達病灶處或病灶附近后，使用FlexNeedle活檢針在支氣管壁穿刺打孔；③用Lungpoint的球囊擴張穿刺孔，配合C型臂X線透視輔助及3D可視光標定位及路徑引導，將鞘管及內芯推送至結節(jié)；④經鞘管2.0 mm的工作通道進行肺活檢、刷檢、沖洗后送病理組織學和細胞學檢查[6]，或通過引導鞘管將電消融、熱消融、激光、冷凍等治療輔助探頭送入病灶對病變定點精確治療。Herth等[12]利用該系統(tǒng)進行了一項經支氣管鏡下肺外周結節(jié)取樣術的前瞻性、單臂干預性研究。研究結果顯示在83%的患者中成功完成了該項研究，其病理組織學活檢結果完全與手術切除的病理結果一致?？傮w檢出率為83%(10/12)，其中成功創(chuàng)建管道的患者活檢檢出率為100%。相信隨著導航技術的不斷發(fā)展，阿基米德系統(tǒng)在肺小結節(jié)的診斷和治療中將會取得更大的進展。

4. 電磁虛擬導航系統(tǒng)(electromagnetic navigation bronchoscopy, ENB)：ENB是一種以電磁定位技術為基礎，結合虛擬支氣管鏡和三維CT成像的新一代支氣管鏡檢查技術[13-14]。其優(yōu)點是既可準確到達常規(guī)支氣管鏡無法到達的肺外周病灶實時導航定位，又可獲取病變組織進行病理檢查[15-16]。

該技術操作主要分為兩個階段：第一術前路徑規(guī)劃，將多排螺旋CT的DICOM數(shù)據(jù)導入虛擬導航系統(tǒng)進行三維重建，隨后產生虛擬的支氣管樹及標記的目標病灶和直達目標病灶的導航路徑；第二是術中氣道內磁導航，操作者根據(jù)導航監(jiān)視儀顯示的三維虛擬支氣管樹圖像，按照術前規(guī)劃路徑將引導鞘管送到目標病灶，最后經引導鞘管置入活檢鉗進行活檢、刷檢及灌洗。在未來，該技術還可以進行介入治療(如局部注射藥物、射頻消融、熱、冷消融、放射性粒子植入等)。

Gildea等[15]在2006年進行了一項前瞻性、單中心的初步研究，認為電磁導航支氣管鏡試用于肺部周圍病灶和縱隔淋巴結病變相對于標準支氣管鏡器械是安全的。在60名受試者中，采用靜脈注射咪達唑侖(Midazolam)和嗎啡(Morohine)，并局部應用利多卡因的清醒鎮(zhèn)靜麻醉方法，經鼻途徑，采用標準支氣管鏡活組織活檢，支氣管鏡檢查操作時間在33～86 min，平均時間(51±13)min，導航成功率為100%，平均注冊時間為(3±2)min。周圍性肺病灶平均導航時間在(7±6)min，縱隔淋巴結平均導航時間為(2±2)min；取樣成功率為80.3%(45/56)，其中肺部病灶的取樣成功率為74%(40/54)，縱隔淋巴結取樣成功率為100%(31/31)；肺部病灶與淋巴結大小分別為(22.8±12.6)mm和(28.1±12.8)mm；惡性病變確診率為74.4%(32/43)。Eberhardt等[17]研究認為電磁導航支氣管鏡可更多的節(jié)省診斷時間和避免放射線的照射，是一項提高診斷率的新技術。

電磁導航支氣管鏡的診斷正確率與病灶大小無關，差別無顯著意義。其不良反應小，少見有氣胸(3.5%)、胸痛、發(fā)熱、咽痛、無關重要的咯血，僅偶發(fā)嘔吐。電磁導航支氣管鏡可安全地獲得具有診斷意義的縱膈淋巴結和外周的組織病變標本，其優(yōu)良性歸因于安裝啟用3部分整合的技術：①多維CT設計；②電磁導航；③可控探頭。在未來的應用中，電磁導航支氣管鏡結合CT/PET導航設備可以更遠的擴展這種新的技術。Folch等[18]通過收集75個來自全世界多中心的研究數(shù)據(jù)，根據(jù)研究結果制定了一系列ENB操作標準，但因數(shù)據(jù)和病例有限，其結果可靠性尚有待進一步證實。

三、VBN聯(lián)合應用技術

Directpath VBN、Lungpoint VBN或Lungpoint阿基米德系統(tǒng)以及ENB技術目前在臨床上均得到了一定程度的應用，對于SPN的診斷亦取得了較高的診斷率。但除了虛擬導航系統(tǒng)以外，超細支氣管鏡技術、傳統(tǒng)的C型臂X線透視(X-ray fluoroscopy, X-Flu)下的活檢技術以及徑向超聲內鏡(endobronchial ultrasound, EBUS)技術亦在SPN診斷方面也取得了一定進展。VBN是否可以同X-flu和EBUS-GS聯(lián)合應用，以進一步提高SPN的診斷率，目前臨床研究已得到證實。

1. VBN聯(lián)合X-flu肺活檢術：為了提高VBN對肺外周病灶的活檢陽性率，X-flu被用于定位肺周圍型病灶來幫助VBN實施TBLB[19]。臨床研究表明，相比于無X-flu定位的VBN，VBN聯(lián)合X-flu大大提高了肺周圍型病變的診斷率[20]。

VBN聯(lián)合X-flu肺活檢術首先利用虛擬導航系統(tǒng)引導支氣管鏡到達接近病灶的支氣管處，再通過透視協(xié)助明確病灶位置進行肺穿刺活檢。不管是Directpath VBN、Lungpoint VBN或ENB均可聯(lián)合X-flu。該技術不僅可以幫助引導支氣管鏡準確進入目標支氣管，提高病灶發(fā)現(xiàn)率，而且可以縮短檢查時間，減少操作者和患者不適及X線暴露時間[21]。Asano等[22]在2013年進行了VBN聯(lián)合X-flu在肺外周病變診斷應用的Ⅲ期臨床隨機對照研究，分為試驗組(VBN-assisted group)和對照組(non-VBN-assisted group)，結果其診斷率無顯著差異(67.1%vs. 59.9%；P1/4 0.173)，但在部分實驗項目中實驗組診斷率明顯高于對照組，如在右上肺葉(81.39%vs. 53.2%；P1/4 0.004)、正位胸片不可視病灶(63.2%vs. 40.5%；P1/4 0.043)以及外側肺野病灶(64.7%vs. 52.1%；P1/4 0.047)的診斷中。目前，國內由于展開此研究中心少，另外由于輻射暴露問題，在我國仍無前瞻性的VBN聯(lián)合X-flu的對照研究數(shù)據(jù)，仍需要大量的隨機對照研究結果來論證其聯(lián)合應用的優(yōu)缺點。

2. VBN聯(lián)合EBUS-GS肺活檢術：在肺周圍性病灶活檢時使用VBN聯(lián)合EBUS-GS是一項比較成熟的技術。國內外多項臨床隨機對照研究證實了其有效性和安全性[23-24]。在一項對120例患者的研究中，聯(lián)合應用VBN和EBUS-GS時確診率為88%，明顯高于單純使用EBUS-GS組(69%)和電磁導航支氣管組(59%)[25]。其操作過程是：①采集薄層CT的DICOM數(shù)據(jù)并傳輸至虛擬支氣管鏡導航系統(tǒng)；②通過計算機軟件處理DICOM數(shù)據(jù)并3D重建出支氣管樹，標識病灶并建立導航路徑；③使用超細支氣管鏡沿導航路徑到達病灶附近，通過支氣管鏡工作通道送入EBUS-guide sheath(引導鞘)；④通過引導鞘管送入超聲微探頭；⑤最后經引導鞘管送入活檢鉗、刮勺、毛刷行支氣管肺活檢、刮檢和刷檢送病理組織學和細胞學檢查[26]。

近年來，國內部分單位做了一些對照研究，也取得了較好的結果。唐純麗等[27]回顧分析了105例肺外周孤立性小結節(jié)患者的臨床資料，結果表明VBN聯(lián)合EBUS-GS和單純EBUS-GS的診斷率分別是76%和72%，檢查時間分別是(256±205)s和(365±221)s(P=0.042)。Okachi等[28]研究表明VBN聯(lián)合EBUS-GS診斷的陽性率主要與CT標記陽性、孤立性小結節(jié)大小以及小探頭位于病灶的位置有關，而與病灶位置、活檢數(shù)量以及腫瘤細胞學無關。從一些研究資料分析VBN不但能進一步提高EBUS-GS診斷敏感度，也能引導操作者更快更準確地到達目標病灶所在的支氣管，從而縮短檢查時間、減少患者的痛苦，且無需使用X-flu定位。因此VBN聯(lián)合EBUS-GS進行TBLB應用于診斷肺外周小結節(jié)是高效而安全的，但是會增加患者醫(yī)療費用。

3. VBN聯(lián)合EBUS-GS并X-flu肺活檢術：多項研究表明VBN聯(lián)合EBUS-GS能提高活檢陽性率并減少操作時間[27-28]。另外，VBN+X-flu能提高發(fā)現(xiàn)病灶的準確性，把VBN+EBUS-GS+X-flu三者相聯(lián)合是否能更好的發(fā)揮各自優(yōu)勢尚不清楚。VBN能準確導航并進行病灶定位，EBUS-GS在VBN引導下能快速到達病灶部位，再通過EBUS-GS重新準確定位，然后在引導鞘引導下，并在X-flu實時引導下，準確地進行活檢，從理論上講活檢陽性率就會明顯增加。但目前尚無多中心的臨床對照研究數(shù)據(jù)。但有一些研究正在進行，在不遠的將來，三種方法聯(lián)合進行肺外周活檢的臨床數(shù)據(jù)將會被報道，也將會推動肺外周活檢陽性率再上一個新的臺階。

另外，VBN可結合平片或CT、MRI等圖像的三維處理/模擬內窺鏡功能，進行精確的定位和治療[29]。VBN在CT、MR或透視下偶聯(lián)導管和穿刺針，利用電磁場確定實時位置和方向，繼而顯示前期的CT或MRI資料(醫(yī)學可視化)，可以更廣泛地在介入呼吸病學中加以應用，更能體現(xiàn)一體化微創(chuàng)技術的優(yōu)點。2005年Chhaied等[30]對74例患者聯(lián)合使用支氣管鏡與正電子發(fā)射斷層掃描術(positrou emission tomography, PET)針對≤3 cm肺小結節(jié)進行了研究，結果顯示聯(lián)合使用后提高了肺小結節(jié)的確診率。

四、展望

綜合分析目前應用到臨床的虛擬導航系統(tǒng)，Directpath操作最簡單，Lungpoint 虛擬導航系統(tǒng)設備更加完善，ENB及阿基米德系統(tǒng)較復雜，耗價昂貴，而Lungpoint虛擬導航系統(tǒng)為基礎的阿基米德系統(tǒng)更加精準。另外，4種導航系統(tǒng)均可聯(lián)合應用超細支氣管鏡、EBUS-GS和X-flu，可兩種聯(lián)合，亦可三種聯(lián)合應用于臨床，可解決臨床中以下兩個方面問題：①診斷方面：能提供足夠的信息，讓支氣管鏡操作者能在導航系統(tǒng)引導下一站式完成肺外周病變的病理活檢，并能明顯提高診斷的陽性率；②治療方面：為不能手術或不愿意手術的肺周圍型肺癌患者進行經支氣管鏡引導下的微創(chuàng)治療(如射頻消融、電消融、激光消融、冷凍消融或放射性離子植入等)，并能保證導向和定位準確，還有可能為氣道支架和活瓣的放置提供精確引導?？傊?，VBN系統(tǒng)單獨或聯(lián)合應用EBUS-GS或X-flu對肺周圍型病灶的診斷和治療有不可估量的價值和應用前景。

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(本文編輯：張大春)

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國家公益性行業(yè)科研專項(201402024)

710038 西安，第四軍醫(yī)大學唐都醫(yī)院呼吸與 危重癥醫(yī)學科

·專家論壇·

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2017-02-10)