可視化熒光成像技術(shù)的胸部外科應(yīng)用

鮑 峰，李子煜，元 及，吳宗陽

武警安徽省總隊(duì)醫(yī)院1胸外科，2醫(yī)學(xué)影像科，安徽 合肥230001

胸部疾病中各類惡性腫瘤發(fā)病率高，其中肺癌、食管癌、胸腺癌等惡性腫瘤具有很高的致死率。在治療過程中，外科醫(yī)生常面臨著如何準(zhǔn)確定位良惡性組織，保證手術(shù)中腫瘤的安全陰性切緣，識別前哨淋巴結(jié)以期對腫瘤做出準(zhǔn)確分期，以及如何預(yù)防處理吻合口瘺、乳糜漏等相關(guān)并發(fā)癥等難題。可視化熒光成像（VFI）技術(shù)的不斷發(fā)展向外科醫(yī)生展示了這些術(shù)中細(xì)節(jié)，提高了手術(shù)安全性。以下就VFI技術(shù)在胸部外科中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 臨床前研究：熒光成像系統(tǒng)和染料

可視化熒光成像技術(shù)是基于近紅外反射光譜的術(shù)中即時(shí)成像原理。需要近紅外成像系統(tǒng)和熒光染料來實(shí)現(xiàn)，術(shù)中熒光團(tuán)被近紅外放射光譜投射到組織后激活，通過成像系統(tǒng)在白光和熒光模式間切換，捕獲到的光學(xué)影像為外科手術(shù)提供所需要的解剖信息。目前臨床常見的近紅外反射光譜成像系統(tǒng)適用于開放和腔鏡手術(shù)，圖像分辨率和可視化模式略有不同。最常見的幾種成像系統(tǒng)（表1）［1］。

表1 主流近紅外成像系統(tǒng)Tab.1 Mainstream near infrared imaging system

美國食品和藥物管理局和歐洲藥品管理局批準(zhǔn)用于臨床的熒光染料是吲哚菁綠（ICG）和亞甲藍(lán)。其中ICG的臨床應(yīng)用最為廣泛。ICG是一種非靶向的近紅外熒光劑，其激發(fā)和發(fā)射波長分別為805 nm和830 nm［3］，通過粘膜下、皮內(nèi)、靜脈等注射方式，ICG與脂蛋白或血漿蛋白結(jié)合，因其小直徑流體分子特性而快速通過淋巴管、淋巴結(jié)、血管，其熒光圖像指導(dǎo)醫(yī)生識別肺結(jié)節(jié)，定位乳糜漏，標(biāo)記前哨淋巴結(jié)，評估組織瓣吻合口血流灌注［4-5］，以及識別腫瘤切緣和肺段、肝段的段間平面，實(shí)現(xiàn)術(shù)中實(shí)時(shí)可視化。ICG在肝臟中代謝，相較于亞甲藍(lán)，它的不良反應(yīng)更小，而亞甲藍(lán)僅在低劑量（＜2 mg/kg）時(shí)比較安全［6-7］。

2 胸外科臨床應(yīng)用

2.1 VFI應(yīng)用于肺部小結(jié)節(jié)治療

2.1.1 肺部小結(jié)節(jié)檢出和識別 肺部小結(jié)節(jié)的檢出率隨著胸部低劑量CT的普及越來越高。在視頻輔助胸腔鏡手術(shù)（VATS）過程中，肺部小結(jié)節(jié)的準(zhǔn)確定位識別是難點(diǎn)之一，因?yàn)榍荤R下無法用手觸診的限制，一些術(shù)前（彈簧圈、定位針［8-9］、亞甲藍(lán)+醫(yī)用膠標(biāo)記、碘油標(biāo)記［10］）和術(shù)中（超聲、電磁導(dǎo)航支氣管鏡引導(dǎo)技術(shù)［11］）等手段被應(yīng)用，但存在對設(shè)備的額外需求，標(biāo)記不準(zhǔn)確，染料污染擴(kuò)散，有創(chuàng)，電離輻射等問題。VFI 技術(shù)中的熒光劑在腫瘤組織內(nèi)可選擇性積累，從而被成像系統(tǒng)識別，無電離輻射，學(xué)習(xí)曲線短。由于ICG 的安全性，一項(xiàng)高劑量（5 mg/kg）輸注ICG，并與低劑量VFI灌注區(qū)區(qū)別開來的技術(shù)近年來被提出來，并有特定的術(shù)語Tumor Glow?，又稱“第二窗口”技術(shù)［12-13］。機(jī)制是小分子的ICG在循環(huán)中約98%與蛋白質(zhì)結(jié)合成大分子［14］，通過加強(qiáng)腫瘤的滲透性和滯留效應(yīng)，這部分大分子被保留在腫瘤組織內(nèi)［15］，以達(dá)到識別肺結(jié)節(jié)位置和判斷腫瘤殘留情況的目的。有學(xué)者使用Tumor Glow?技術(shù)在9例肺腫瘤患者中發(fā)現(xiàn)了8例熒光顯像，未發(fā)現(xiàn)2例新輔助化療后患者的腫瘤殘留［16］。有學(xué)者運(yùn)用“第二窗口”技術(shù)ICG成像識別出36個(gè)患者76個(gè)肺結(jié)節(jié)中的68枚，可見ICG的近紅外成像對亞厘米肺結(jié)節(jié)的檢出優(yōu)勢［17］。ICG的劣勢是其特異性和穿透性不足，既往有研究中未檢出的肺結(jié)節(jié)距離胸膜至少1.3 cm處［17］，而且熒光區(qū)域易受到腫瘤周邊炎癥的干擾。在一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，熒光界限受到肺炎病灶的影響，對腫瘤的邊界產(chǎn)生了誤差［18］。正是基于改善特異性和穿透性的缺陷，有別于ICG的靶向分子顯像劑被開發(fā)出來并用于臨床研究。

葉酸受體是肺腺癌的高表達(dá)分子靶點(diǎn)，而EC17就是基于葉酸受體的光學(xué)造影劑［19］。EC17表現(xiàn)出的高特異性和敏感度，在診斷肺腺癌方面，快速準(zhǔn)確的特點(diǎn)甚至優(yōu)于冰凍切片。既往有研究［20］證實(shí)了這點(diǎn)，其利用EC17的“光學(xué)活檢”手段，檢測30個(gè)未知性質(zhì)肺結(jié)節(jié)，檢出19個(gè)熒光結(jié)節(jié)，術(shù)中冰凍示13例腺癌，1例鱗癌，4例來源不明，1例良性結(jié)節(jié)，根據(jù)快速病理18例行肺葉切除術(shù)，1例楔形切除。但術(shù)后病理卻提示19例全部為肺腺癌，而11例未發(fā)光的結(jié)節(jié)經(jīng)術(shù)后病理證實(shí)為良性腫瘤或其他來源肺癌，無一例腺癌。這意味著EC17診斷肺腺癌有高度特異性和敏感度，也表明依賴術(shù)中切片可能帶來的治療策略的錯(cuò)誤，因此對VFI中顯影的熒光結(jié)節(jié)全部切除或許是一種更穩(wěn)妥的做法，且大大節(jié)約了診斷時(shí)間（平均2.4 minvs26.5 min）。OTL38則是另一種靶向近紅外染劑，與EC17相比穿透深度更好，對亞厘米惡性肺結(jié)節(jié)的敏感度為100%，優(yōu)于FDG-PET 的26.6%［21］。OTL38可識別約70%的肺鱗狀細(xì)胞癌［22］。

2.1.2 胸腔鏡亞肺葉切除中段間平面識別 肺部磨玻璃結(jié)節(jié)的檢出率越來越高，大多是肺原位腺癌或微浸潤腺癌，這部分患者行胸腔鏡亞肺葉切除術(shù)都能獲得良好的預(yù)后［23］。而準(zhǔn)確辨認(rèn)段間平面是此類手術(shù)的關(guān)鍵。目前臨床常用的方法包括“膨脹-萎陷法”和“ICG染色法”，前者利用的是通氣差異原理形成段間平面。由Tusbota［24］在2000 年首次提出，后經(jīng)多次嘗試和改良，2003 年、2007年實(shí)現(xiàn)了靶段支氣管纖支鏡下充氣［25-26］，2007年有研究報(bào)道輸液針在靶段支氣管穿刺充氣［27］，以及2014年報(bào)道的活結(jié)結(jié)扎支氣管［28］，充氣后收緊使靶段充氣等，這些方法存在充氣狀態(tài)下肺組織影響視野，需額外小切口輔助，對纖支鏡不同直徑的要求，需要有經(jīng)驗(yàn)麻醉師的配合，空氣栓塞等安全性隱患。2017年有學(xué)者完成了改良“膨脹-萎陷法”，在全部處理完畢靶段支氣管、動(dòng)脈、段內(nèi)靜脈后用純氧通氣，等待12～15 min后形成段間平面［29］。這也是現(xiàn)今在很多醫(yī)療機(jī)構(gòu)普及的方法，無需額外設(shè)備和染料，但需要熟悉解剖，誤斷可導(dǎo)致段間平面的顯示錯(cuò)誤。

“ICG染色法”利用的是循環(huán)差異原理。在離斷靶段動(dòng)脈后由外周靜脈注射ICG（3 mg/kg），這種預(yù)切除肺段血管反向染色方法在臨床也取得較好效果。該方法在2009年應(yīng)用于肺段手術(shù)中［30］，對肺氣腫患者友好，成像快速清晰，不足是需要購買價(jià)格不菲的近紅外成像設(shè)備，平面維持時(shí)間較短，部分患者對染劑過敏。ICG還被用于局部注射，麻醉師通過纖支鏡向靶段支氣管中注入ICG溶液（3 mg/mL，20～30 mL），后充入約300 mL的氣體稀釋。有學(xué)者認(rèn)為這種方法在肺亞段和聯(lián)合亞段切除中有優(yōu)勢［31］；2013年有研究對其進(jìn)行創(chuàng)新［32］，在結(jié)扎段間靜脈和支氣管后，向支氣管遠(yuǎn)端利用輸液針直接注入ICG溶液（0.5 mg/mL，50 mL），并在直視下觀察段間平面，不需依賴成像設(shè)備。后期還出現(xiàn)用亞甲藍(lán)染劑，向保留段支氣管中注入后的正染色法。但是支氣管注入染劑顯影時(shí)，不同肺段的容積不同，選擇合適的劑量及稀釋氣體容積，才能獲得準(zhǔn)確的界面，初步研究［33］結(jié)果顯示，均勻熒光分布顯示目標(biāo)肺段的最佳截?cái)囿w積比例為：0.089 mL稀釋的ICG每單位體積（mL）靶段肺（敏感度0.938，特異性1.0），可通過相關(guān)3D圖像分析軟件測算體積。“染色法”相較“膨脹-萎陷法”而言，顯示段間平面更加準(zhǔn)確快速，但都要依賴對解剖結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)辨認(rèn)，同時(shí)熟悉掌握術(shù)前三維重建規(guī)劃手術(shù)對胸腔鏡亞肺葉切除術(shù)顯得尤為重要。

2.2 識別腫瘤切緣和殘留

胸部惡性腫瘤手術(shù)的關(guān)鍵是R0切除，無腫瘤殘留，保證切緣陰性［34］。外科醫(yī)生常憑借視覺和觸診做出判斷，并過于依賴經(jīng)驗(yàn)，這很容易造成切緣假陰性誤差，而VATS術(shù)式也限制了這種診斷方式。此外還有冰凍切片、細(xì)胞學(xué)灌洗以及術(shù)中超聲等方法，但其較繁瑣，并可能帶來一定程度上的誤差。針對肺腺癌，有學(xué)者建立了一組小鼠模型，并納入3個(gè)肺腺癌患者進(jìn)行了初步研究，比較人工檢測切緣與熒光劑（EC17）的術(shù)中分子成像方法，結(jié)果顯示在小鼠模型中，熒光法較人工判斷有更高的陽性切緣檢出率［35］。在肺腺癌患者中，術(shù)野無殘留無熒光，術(shù)后1年腫瘤未見復(fù)發(fā)。少量的自體熒光區(qū)域也未對腫瘤本身和切緣造成影響。在胸腔鏡亞肺葉切除術(shù)中，分子成像可作為判斷切緣的有效輔助手段，在肺葉甚至全肺切除術(shù)中同樣可以發(fā)揮作用，有助于提高對浸潤?quán)徑Y(jié)構(gòu)的肺葉、胸壁的殘留病變的檢出率，從而達(dá)到R0切除［19］。在胸腺癌、惡性胸膜間皮瘤等一些其他胸部惡性腫瘤治療中，VFI改善了手術(shù)可視化［36］，幫助提高腫瘤的完整剝離，避開膈神經(jīng)等重要結(jié)構(gòu)，在一些巨大的良性前縱隔腫瘤切除中亦有意義。惡性胸膜間皮瘤的高致死率提示著不良預(yù)后，手術(shù)中肉眼不可見的間皮瘤沉積物是否能被完整切除至關(guān)重要。一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)通過近紅外成像發(fā)現(xiàn)了肉眼無法察覺的額外沉積物，平均每位患者會(huì)漏診1.8個(gè)，大小0.3～2.2 cm［37］。因此，在胸部惡性腫瘤手術(shù)中應(yīng)用VFI識別切緣和殘留病灶可起到更準(zhǔn)確分期，避免中轉(zhuǎn)開放手術(shù)，以及可能減少術(shù)后輔助治療的作用。

2.3 防治胸部手術(shù)并發(fā)癥

2.3.1 評估灌注預(yù)防吻合口瘺 關(guān)于在食管癌手術(shù)中應(yīng)用ICG預(yù)防吻合口瘺的預(yù)測價(jià)值，既往研究和meta分析已證實(shí)其有效性。吻合口瘺是食管癌切除術(shù)的一個(gè)致死并發(fā)癥［38］。雖然影響因素眾多，但管狀胃的血供常僅靠胃網(wǎng)膜右動(dòng)脈提供，吻合位置高及血供不佳才是吻合口瘺的常見危險(xiǎn)因素［39］。以往外科醫(yī)生依賴的是對吻合區(qū)血管搏動(dòng)，組織灌注顏色、溫度、吻合區(qū)域出血等視觸覺觀察方法，但事實(shí)證明，人工風(fēng)險(xiǎn)評估預(yù)測價(jià)值較低［40］。而當(dāng)ICG被引入到吻合前對灌注區(qū)的觀察后，術(shù)者可以直觀地了解預(yù)吻合區(qū)域的血供，并由此可能做出吻合策略改變，并影響到術(shù)后吻合口瘺的發(fā)生概率。一項(xiàng)meta分析顯示，吻合前應(yīng)用ICG對管狀胃灌注評估，可將吻合口瘺和移植物壞死發(fā)生率降低70%（OR=0.30，95%CI：0.14%～0.63%），安全且無不良反應(yīng)［41］。納入22篇ICG評估灌注的文獻(xiàn)，薈萃了22項(xiàng)研究，統(tǒng)計(jì)出ICG 組并發(fā)癥合并發(fā)生率11.1%（95%CI：8.06%～15.09%），有8項(xiàng)研究報(bào)道了因預(yù)吻合區(qū)灌注不良導(dǎo)致管理策略變化（改變吻合區(qū)域，切除無血供區(qū)）的病例，變化后吻合口瘺和移植物壞死合并發(fā)生率14.08%（95%CI：6.55%～27.7%）。這種管理策略的改變體現(xiàn)的是ICG熒光造影的附加價(jià)值，而“管理變更”后相對高的滲漏率可理解為術(shù)者選擇在灌注良好區(qū)吻合，但以高吻合口張力為代價(jià)。有研究發(fā)現(xiàn)在ICG熒光造影時(shí)，從靜脈注射熒光劑到顯影中位時(shí)間為15 s（10～23 s），管狀胃和網(wǎng)膜血管同步顯影無延遲病例，術(shù)后無吻合口瘺發(fā)生［42］，可見ICG熒光測量血流速度可作為一項(xiàng)預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)的工具，任何有延遲顯影的血管區(qū)可能意味著有一定程度的損傷。關(guān)于吻合時(shí)間，有學(xué)者利用時(shí)間熒光強(qiáng)度曲線對熒光信號的定量分析，提出了“90 s原則”，即在90 s初次熒光強(qiáng)化時(shí)限內(nèi)吻合很重要［43］。雖然在食管癌手術(shù)中應(yīng)用ICG預(yù)防吻合口瘺的預(yù)測價(jià)值似乎是一項(xiàng)有前景的方案，但仍需要更多的研究來驗(yàn)證可行性和安全性，以降低目前偏高的并發(fā)癥發(fā)生率。

2.3.2 識別胸導(dǎo)管和乳糜漏 VFI熒光成像也被應(yīng)用于淋巴管造影中，來治療相關(guān)疾病。食管癌切除術(shù)后乳糜漏發(fā)生率為1.4%～2.4%［44］，肺切除術(shù)及縱隔淋巴結(jié)清掃術(shù)后為1%～2%［45］。在術(shù)中識別胸導(dǎo)管減少醫(yī)源性損傷，以及二次手術(shù)治療乳糜漏時(shí)常用的方法是術(shù)前口服濃奶油、橄欖油等［46］，漏口顯露不清時(shí)常選擇低位胸導(dǎo)管大塊結(jié)扎，效果并不確切。相關(guān)臨床報(bào)道中，在超聲引導(dǎo)下將ICG注射到腹股溝淋巴結(jié)，術(shù)中通過熒光成像來識別胸導(dǎo)管或修補(bǔ)乳糜漏口的方法安全有效，還避免了預(yù)防性結(jié)扎胸導(dǎo)管的步驟，操作簡便，不額外增加手術(shù)時(shí)間，也可以給術(shù)者提供明確的視覺反饋，對胸導(dǎo)管走行和漏口提供實(shí)時(shí)可視化圖像，具有理想的特異性和敏感度［47-48］。但具體的注射部位和劑量濃度仍需有更多的對比研究來逐步標(biāo)準(zhǔn)化。

2.4 識別前哨淋巴結(jié)

惡性腫瘤淋巴池內(nèi)的第一個(gè)淋巴結(jié)往往可代表其剩余區(qū)域內(nèi)淋巴結(jié)的狀態(tài)，即為前哨淋巴結(jié)。在肺癌、食管癌手術(shù)中識別前哨淋巴結(jié)有助于腫瘤的準(zhǔn)確分期，以指導(dǎo)后續(xù)治療和影響預(yù)后［49］。既往在非小細(xì)胞肺癌應(yīng)用99mTc硫溶膠示蹤劑［50］來識別前哨淋巴結(jié)的效果低于預(yù)期。有學(xué)者完成了一項(xiàng)劑量遞增試驗(yàn)，在非小細(xì)胞肺癌患者瘤周注射ICG，劑量增至2500μg時(shí)可將前哨淋巴結(jié)識別率提高至100%，且無不良反應(yīng)［51］。這驗(yàn)證了這一技術(shù)的可行性和安全性。有研究在食管癌切除術(shù)中的腫瘤瘤周粘膜下注射ICG，觀察到95%（19/20）病例中陽性的前哨淋巴結(jié)［52］。有研究在10例食管癌（其中9 例為腺癌）患者中應(yīng)用該方法，5 例單純注射ICG，5例ICG混合人血清白蛋白（ICG：HSA）后進(jìn)行淋巴繪圖，結(jié)果提示淋巴狀態(tài)與前哨淋巴結(jié)狀態(tài)密切相關(guān)［53］。2016年有學(xué)者將9例食管癌患者納入研究，其中3例的34個(gè)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，經(jīng)ICG顯像的第一站前哨淋巴結(jié)都為轉(zhuǎn)移，并且8例（88.9%）熒光成像提示首站淋巴結(jié)引流都在胃左動(dòng)脈淋巴結(jié)（17站），1例（11.1%）在橫膈膜淋巴結(jié)（15站）處［54］。在美國，二野淋巴結(jié)清掃［55］的術(shù)式在臨床被推薦；而在日本，三野淋巴結(jié)清掃［56］成為常規(guī)術(shù)式。對前哨淋巴結(jié)的研究可能會(huì)對食管癌切除術(shù)的策略產(chǎn)生影響，例如可否避免更大范圍的淋巴結(jié)切除，或早期食管癌的食管保留策略等。當(dāng)然這需要更大樣本量的臨床試驗(yàn)來檢驗(yàn)。

3 展望

VFI技術(shù)在胸部外科中的應(yīng)用日漸成熟。同樣利用循環(huán)差異原理，熒光成像用于辨認(rèn)肺隔離癥中受損肺的邊界理論上是可行的，尤其是“葉內(nèi)型”隔離肺，因?yàn)樵摬〔⒉怀Ｒ姡嚓P(guān)報(bào)道不多。有學(xué)者結(jié)合術(shù)前三維CT血管造影和術(shù)中ICG染色，在3例肺隔離癥患者手術(shù)中，安全準(zhǔn)確地切除了受損肺組織［57］。目前在臨床應(yīng)用最多的領(lǐng)域是在胸腔鏡亞肺葉切除手術(shù)中段間平面的識別。廣東省肺癌研究所鐘文昭團(tuán)隊(duì)提出的“流域外反染法”定位無法觸及的肺結(jié)節(jié)，給胸外科醫(yī)生提供了新的思路［58］。通過暫時(shí)阻斷目標(biāo)靶段肺動(dòng)脈循環(huán)，結(jié)合ICG染色，使用術(shù)前高精度三維重建模型和術(shù)中“流域邊界”對照，精準(zhǔn)判斷出結(jié)節(jié)位置。研究所選擇的病例肺結(jié)節(jié)與“流域邊界”有著明確的位置關(guān)系，所有25例患者都行楔形切除術(shù)，但這種方法需要很高的三維重建建模技術(shù)。分子成像技術(shù)代表了胸部外科的新前沿，在不久的將來，期待更多的靶向染料被開發(fā)出來，以克服目前臨床使用的ICG特異性和穿透性不足的缺陷，還有成像設(shè)備的更新迭代。設(shè)想可為患者提供可識別不同組織類型腫瘤的示蹤劑，可利用精確的“光學(xué)活檢”技術(shù)來替代現(xiàn)有的冰凍切片，以評估術(shù)中實(shí)時(shí)的腫瘤切緣性質(zhì)。當(dāng)前，需要更多的前瞻性研究來確定VFI技術(shù)對胸部腫瘤預(yù)后的影響。隨著技術(shù)的發(fā)展，我們可預(yù)見VFI會(huì)被越來越多的醫(yī)療機(jī)構(gòu)納入臨床實(shí)踐，也會(huì)將其逐步標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化。