自发荧光支气管镜对早期肺癌的诊断和治疗价值

肺癌的早期诊断只能靠痰细胞学和胸片检查。近几十年来已广泛研究了这些普查的有效性。虽然对这些研究的方法学和资料的阐述颇有争议，但由于肺癌的死亡率没有下降，所以国际癌症组织认为没必要进行大规模普查痰细胞学和胸片检查。因此，科学家们试图利用分子生物学、基因学和放射学等先进方法探索更好的诊断措施。另外，几项研究也表明，局部治疗（如PDT，高剂量近距离放疗，高频电刀昂和手术) 对原位癌(CIS)和影像学不能发现的I期NSCLC具有很好的治疗效果。因此，研究集中于提高气管镜早期发现及确定异常增生癌前病灶和CIS的能力。因为这些病灶很小，表面直径只有几毫米，且在白光气管镜下（WLB）缺乏特征性表现，因此，在WLB下常常难以发现。实际上, Woolner 等报道，甚至中央型的原位鳞癌，也只有29%的病人能被有经验的气管镜学家发现。因为痰标本中约10%的中度不典型增生和40%~80% 重度不典型增生可发展为浸润癌，所以，尽早发现癌前病变和CIS是非常重要的。 北京中医药大学东直门医院呼吸科王洪武

为了便于识别正常组织和肿瘤性病变组织，人们着眼于两种波长的光。除了自我荧光之外，还使用容易影响血液成分的另一种光，使之形成图像，这就是自发荧光（Autofluorecence Imaging，AFI）。自发性荧光支气管镜检查（Autofluorecence Bronchoscopy，AFB）就是利用细胞自发性荧光和利用电脑图像分析技术开发的一种内镜，可显著提高气管黏膜早期癌变的诊断率和定位诊断，是对传统内镜检查的技术突破。

早在20世纪初就发现在一定波长光线的照射下，人体自身组织能发出微弱的荧光，而且肿瘤组织的荧光特征与正常组织截然不同，有助于鉴别。但由于自发性荧光强度太弱，肉眼难以观测，限制其临床应用。1960年，Mayo Clinic首先发现，肺癌组织能选择性吸收外源性荧光物质HpD（血卟啉衍生物），并能提高荧光强度，有助于肺癌诊断。但HpD光敏反应较重，难以在临床推广应用。随着九十年代图像信息电脑分析处理技术的发展，能观察到肺组织发出的微弱荧光。加拿大学者Lam发现在蓝色激光的照射下，支气管上皮的异型增生、微小浸润癌会产生比正常组织稍弱的红色荧光和更弱的绿色荧光，使病变区呈红棕色，而正常区呈绿色，借助电脑图像处理系统可明确区分病变部位和范围。

 目前临床应用的AFB主要有四家（表1）：

 （1）加拿大Lam等设计的LIFE系统，利用氦-镉激光装置产生蓝色激光，照射支气管产生红色和绿色荧光。

 （2）D-Light系统，由德国慕尼黑激光研究院设计，光源可产生普通光和两束蓝光，光强度显著高于LIFE系统，并增设一个外源性荧光观测系统。

（3）日本PENTAX公司的SAFE系列，光源为氙光灯。

（4）日本Olympus公司的 AFI 系列，光源为氙光灯

         表1 自体荧光内窥镜影像系统发展的历史

型号                 生产商             生产年份

LIFE                   Xillix                  1993

SAFE-1000            PENTAX             1994

DAFE                    WOLF                  2000

D-light                   Storz                    2001

SAFE-2000              PENTAX             2002

SAFE-3000              PENTAX             2004

AFI                 Olympus             2005

一、AFB镜下产生荧光的机制

   （1）实体肿瘤癌前病变的关键环节是血管形成的鳞状异型增生（Agiogenic squamous dysplasia，ASD），其微血管内的Hb会吸收大部分绿色荧光，由此引起癌前病变区呈异常荧光。研究表明，ASD的微血管密度（MVD）与异常荧光有关。

   （2）免疫组化研究显示，部分癌前病变区过度表达基质金属蛋白酶（MIP），可降解细胞外基质，后者与病变区域自发性荧光强度降低有关。

   （3）分子生物学研究显示，在LIFE有自发性荧光异常的组织约50%存在细胞基因结构异常，而组织学形态尚未发生明显异常，这提示荧光异常可能源于细胞染色质的变化。据Venmans等随访观察LIFE诊断为阳性而病理为阴性的支气管区域，经8~33个月后均发展为癌变，所以认为LIFE远期诊断效果远高于病理诊断，对肺癌的早期诊断有重要价值。

癌变组织的自体荧光减少：癌变组织比正常组织的黏膜更厚（图1）, 蓝色激光不能充分到达上皮下层的荧光物质，因而所产生的自我荧光也因上皮层的吸收和散射的影响而减弱。另一个重要原因是癌变组织有额外的血管， 其血液的主要组成部分是血色素, 血色素会吸收绿色光线，而黏膜产生的自体荧光正是绿色光线，从而导致自我荧光减弱（图2，3，表2）。

二、AFI的特点和设备

（一）特点：

利用先端CCD产生的高清晰度图像，可以获得明亮而鲜明的荧光图像，同时，利用内镜按钮等可以很容易切换普通光和AFI。

自我荧光和绿色的反射光因黏膜的状态而变化。正常黏膜不会减弱自我荧光，同时也不会集团绿色放射光，所以可描绘出绿色的AFI图像，但绿色反射光不会像自我荧光那样减弱，因此将描绘出深红色色调的图像。血液丰富的部位和血管也会减弱自我荧光，但不会进一步减弱绿色的反射光，所以会以深绿色的色调描绘出AFI图像（图4）。

正常组织得到绿色荧光图像，黏膜肥厚造成荧光减弱的肿瘤性病变得到深红色荧光图像。AFI不仅可以利用蓝色激光，也可以利用血中所含有的易受血红蛋白影响的绿色反射光，从而增大了血液的观察部位，提高了对出血、血管和肿瘤性病变的识别能力（图5）。

      技术改进：

（1）数字讯号处理 (DSP)的视频系统

（2）综合白光和激发光的压缩处理器

（3）操作柄上的按钮使得白光和自体荧光之间的转换更加容易

（4） 改进的导光束，让我们能够在整个图像区域观察到自体荧光。

（5） 因为此功能不需要任何探头，所以即使在自体荧光检查过程中，也可进行抽吸和活检。                              

（6） 由于超小CCD的技术发展, 实现白光(WL)和自体荧光(AF)下都有高分辨率的全屏图像  

三、AFB的临床应用

     AFB术前准备同普通气管镜检查。先用普通气管镜检查气管-支气管，发现异常后切换至SAFE-3000系统，总体检查时间约5~15分钟。检查过程不需特殊用药，所用激光也达不到切割组织的强度，不会产生灼伤，无严重并发症。

适应证：

（1）       如果痰细胞学有中至重度不典型增生，或6个月内胸片无病灶但怀疑有癌变者

（2）       高度怀疑肺癌的患者，确定病变部位，指导活检

（3）       早期（I、II期）肺癌患者术后，怀疑复发者

（4）       监测气管内肿瘤的治疗效果，指导腔内肿瘤治疗的定位

总体而言,每个患者的诊断率可提高37%～75%，每个活检区的诊断率可提高25%～67%。

LIFE系统对异常病变的探查直径最小可至1mm，其阴性预测值高于0.85，所以对中度异型增生以上的癌前病变漏诊几率较高。

但也有部分病人不适合LIFE检查，如：

（1）3个月内接受过光动力治疗或预防性的化学治疗

（2）6个月内接受过放疗或细胞毒性化疗

（3）妊娠

（4）急性支气管炎

（5）未控制的高血压

（6）出血性疾病

（7）已知或怀疑有肺炎

（8）不稳定性心绞痛

    （9）对局部麻醉药过敏

据美国Beamis报道293 例气道病变患者取得821个病理标本，AFB的阳性率为61.2%，而WLB的阳性率10.6%(p < 0.0001)，特异性为WL B94.6%，AFB 75.3%(p < 0.0001)。阳性预计值AFB为22.2%，WLB为18.4% (p = 0.49)，阴性预计值AFB为94.9%，WLB 90.2% (p = <0.01)。AFB明显改进了中央性气道黏膜III级病变诊断的阳性率。

另据美国Hirsch报道55例患者取得391份活检标本。32例患者(58%)至少有一份标本为中至重度上皮发育异常，19 例患者(59%)仅基于LIFE的结果。对探测中至重度发育异常或恶变LIFE的敏感性明显高于WLB (68.8%对21.9%，P<.001)。LIFE相对敏感性(WLB = 1.0) 为3.1，两者结合为3.7。但LIFE的特异性不如WLB (69.6%对78.3%, P =0 .45)。LIFE 的相对特异性(WLB = 1.0)为0.9，两者结合为0.6。LIFE 对血管增生性鳞状上皮发育异常的效果明显好于WLB，检出率 (detection ratio，DR)为LIFE = 1.39，WLB = 0.67。结果可见，在高危人群中检出支气管癌前病变LIFE明显比WLB敏感。

德国Häußinger报道了欧洲一项前瞻性多中心临床随机试验，比较了AFB联合WLB与单独应用WLB在吸烟高危人群中检出癌前病变的情况。共有1173 例 (916例男性)患者入组，平均年龄58.7岁，年龄超过40岁（吸烟≥400年支），随机分为联合检查组A（AFB+ WLB）和单独检查组B（WLB）。在所有病人中，浸润前病灶 (II~III级发育异常和CIS)的检出率为 3.9%。B组的检出率为2.7% ，而A组为5.1% (p = 0.037)。在II~III级发育异常的病人中, WLB+AFB 的检出率增加了2.1倍 (p = 0.03), 而CIS只增加 1.24 倍(p = 0.75)。对II~III级发育异常和CIS活检的敏感性B组为57.9%，而A组为82.3% (增加1.42倍)。特异性为62.1%对58.4% (降低0.94倍)。结果也表明， WLB+AFB 对检出浸润前病灶明显优于单独WLB。

AFB不但有助于发现早期病变，还有助于确定病灶部位，指导治疗。据日本Shibuya报道，AFB检查所见的早期气管-支气管癌，用PDT治愈率可达92%以上。

下面列举LIFE的检查结果：

A                          B

     图1  右中叶支气管早期浸润癌

A 利用普通光可以发现右中叶支气管B4和B5分叉部后壁黏膜不规则隆起，但范围不明

B 利用AFI能够以明了的深红色描绘出肿瘤范围，手术病理为大细胞神经内分泌癌

A                          B

    图2  左上叶支气管早期浸润癌

A 普通光发现左上叶B3入口处黏膜粗糙，管腔稍窄，病变范围不明

B 利用AFI能够以明了的深棕色描绘出肿瘤范围，病理结果为早期浸润癌（鳞癌），PDT治疗后达CR

参考文献

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5.     Häußinger K, Becker H, Stanzel F.Autofluorescence bronchoscopy with white light bronchoscopy compared with white light bronchoscopy alone for the detection of precancerous lesions: a European randomised controlled multicentre trial.Thorax 2005;60:496-503

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