國產支氣管內超聲用于肺周圍型病變檢查的動物實驗研究

朱 強，金 浩，徐 軼，郭明學，鄒晨曦，梁志欣

1 解放軍總醫院第一醫學中心 呼吸與危重癥醫學科，北京 100853；2 北京華科創智健康科技股份有限公司，北京 100195

隨著支氣管內超聲(endo-bronchial ultrasound，EBUS)技術的發展，尤其是徑向探頭支氣管內超聲(radial probe endobronchial ultrasound，RP-EBUS)的誕生，經導向鞘引導的超聲支氣管鏡(endobrochial ultrasonography with guid-sheath，EBUS-GS)技術因操作方便、定位準確、安全高效等優勢，已作為一種新的呼吸介入診斷技術應用于臨床診斷肺外周病變[1-4]。然而，目前臨床上應用的RPEBUS 主要依賴進口產品，價格高且后期維修受限。因此，自主研發RP-EBUS 對于降低對國外產品的依賴，進一步推廣應用EBUS-GS 技術具有重要意義。本研究組自主研發了國內首款RP-EBUS，具有自主知識產權且已獲專業機構檢測和認證。本研究通過動物活體實驗以及離體豬肺實驗評估自主研發RP-EBUS 的操作性能、安全性以及對病灶識別的能力，為下一步臨床試驗奠定基礎。

材料與方法

1 實驗動物及材料 解放軍總醫院動物實驗中心提供廣西巴馬小型豬8 只(平均年齡12.2 周，體質量21～ 30 kg)和離體豬肺8個，動物使用許可證號為SYXK(京)2018-0040。

2 超聲探頭及設備 本研究應用自主研發的呼吸道超聲成像系統，主要包括Vsonic600型系統主機、VsonicPro2017C型徑向探頭、探頭驅動器、鍵盤、腳踏開關等(圖1)，其工作原理主要是超聲探頭驅動器將來自超聲圖像處理器的電信號發送到超聲探頭前端的進行360°連續機械旋轉的高頻超聲換能器上，產生發射穿透到人體內部組織的超聲波，同時接收人體組織反射的超聲波，并轉換成反射回波信號，由超聲圖像處理器對反射回波信號進行信號處理和圖像處理，以超聲圖像方式展示在顯示屏幕上。人體組織反射的超聲信號強弱與顯示屏上的灰度對應，回轉位置和反射位置與顯示屏畫面位置對應，以此形成超聲斷層圖像。此外，本研究還使用了奧林巴斯BF-1T260型電子支氣管鏡、奧林巴斯EU-ME1型呼吸道超聲成像系統主機及UM-S20-17S型徑向探頭支氣管內超聲，兩種支氣管內超聲詳細參數對比見表1。

表1 兩種支氣管內超聲探頭常規參數Tab.1 Comparison of routine parameters of two kinds of endobronchial ultrasound probe

圖1 國產超聲主機及探頭A：Vsonic600型主機；B：VsonicPro2017C型徑向探頭支氣管內超聲Fig.1 Domestic ultrasound mainframe and probeA:Vsonic600 mainframe;B:VsonicPro2017C probe

3 實驗方法 廣西巴馬小型豬術前禁食2 d，禁水6 h，以仰臥位固定于手術臺后給予鹽酸賽拉嗪注射液1 mL/(25～ 40) kg、注射用鹽酸替來他明鹽酸唑拉西泮0.75 mL 和阿托品1 mL/(25～ 40) kg 的混合液誘導麻醉，經口插入8.5 號氣管插管后接麻醉機輔助呼吸，術中給予1.5%異氟烷吸入維持麻醉，整個手術過程由麻醉醫師負責麻醉維護和生命體征監護。由4 名具有5年內鏡操作經驗的呼吸內鏡醫師完成支氣管內超聲的可行性、操作性能和安全性評價。實驗分為應用自主研發的徑向探頭支氣管內超聲組(實驗組)和奧林巴斯徑向探頭支氣管內超聲組(對照組)，采用自身對照方法。1)小型豬實驗：每只巴馬小豬由4 名呼吸內鏡醫師分別使用實驗組和對照組的檢查設備，根據擲硬幣法隨機決定對同一只巴馬小豬進行實驗組和對照組檢查的先后順序，并觀察操作過程中及操作結束后2 h 有無出血、氣胸等并發癥發生。呼吸內鏡醫師通過操作性能評分表評估呼吸道超聲的操作性能、可行性和安全性。2) 離體豬肺實驗：在離體豬肺研究部分，對離體豬肺肺段以下的支氣管進行局部分離，將食用果凍放置于分離的肺段支氣管旁，根據其與正常肺組織的密度差異在支氣管旁模擬建立腫瘤模型，經電子支氣管鏡到達模擬腫瘤病灶部位后，從電子支氣管鏡活檢孔道先后插入自主研發的徑向探頭支氣管內超聲(實驗組) 和奧林巴斯徑向探頭支氣管內超聲(對照組)進行檢查，超聲探頭伸出活檢孔道后，打開超聲系統并規范采集超聲圖像，評價支氣管內超聲的操作性能和超聲圖像質量，呼吸內鏡醫師完成對氣道旁腫瘤識別能力的評分并記錄實驗結果。

4 評價指標 1)操作性能：采用評分的方法進行量化，主要包括5個方面，每項得分為1～ 10 分，1 分為最差，10 分為最好。①支氣管內超聲與主機的連接是否快捷方便(1～ 10 分)；②支氣管內超聲插入活檢孔道的難易程度(1～ 10 分)；③支氣管內超聲插入活檢孔道后電子支氣管鏡是否仍然可以正常操作(1～ 10 分)；④超聲圖像采集、存儲是否容易操作(1～ 10 分)；⑤超聲圖像質量是否符合診療要求(1～ 10 分)。2) 對氣道旁腫瘤的識別能力：采用1～ 10 分對氣道旁腫瘤模型的識別能力進行量化，1 分為最差，10 分為最好，包括兩個方面：①對腫瘤大小的分辨能力(1～ 10 分)；②對腫瘤回聲特征判定能力(1～ 10 分)。3) 安全性評價：記錄在動物活體實驗操作過程中有無發生出血、氣道穿孔、支氣管內超聲探頭斷裂等不良事件及并發癥。

5 統計方法 應用SPSS 20.0 軟件進行統計學分析。正態分布的計量資料以表示，組間比較采用配對t檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

結 果

1 操作情況 實驗組和對照組設備均能順利完成檢查，均清楚觀察到巴馬小型豬的正常肺組織(圖2)及離體豬肺支氣管旁的模擬腫瘤組織(圖3)。

圖2 兩種支氣管內超聲正常肺組織超聲圖像Fig.2 Ultrasonic images of normal lung tissue by two kinds of endobronchial ultrasound

圖3 兩種支氣管內超聲腫瘤模型超聲圖像Fig.3 Ultrasonic images of tumor models by two kinds of endobronchial ultrasound

2 操作性能評價 各項評分對照組均略高于實驗組，但差異無統計學意義(P＞0.05)。見表2。

表2 實驗組與對照組操作性能評分比較Tab.2 Comparison of operating performance scores between the experimental group and the control group

3 支氣管旁腫瘤識別能力評價 對腫瘤分辨能力的評分、對腫瘤回聲特征判定能力的評分對照組也略高于實驗組，但差異無統計學意義(P＞0.05)。見表3。

表3 實驗組與對照組對氣道旁腫瘤識別能力評分比較Tab.3 Comparison of the recognition ability of paratracheal tumors between the experimental group and the control group

4 安全性評價 4 名呼吸內鏡醫師均順利完成實驗組和對照組的檢查。在兩種超聲檢查過程中及檢查結束后2 h，巴馬小型豬的血壓、心率、血氧飽和度等指標相對穩定，均未出現出血、氣胸、誤入食管、咽喉部損傷、徑向探頭支氣管內超聲斷裂等不良事件和并發癥。

討 論

近年來，低劑量螺旋CT 作為早期肺癌篩查技術不斷普及，肺周圍型病變尤其是周圍型肺結節檢出率不斷增加[5]。既往肺周圍型病變的診斷技術主要包括CT 引導下經皮肺穿刺活檢、經支氣管鏡肺活檢(transbronchial lung biopsy，TBLB) 以及外科手術活檢等。CT 引導下經皮肺穿刺活檢診斷率可高達90%，但咯血、氣胸并發癥發生率也明顯增加，且增加患者輻射暴露及穿刺路徑針道轉移風險[6]。肺周圍型病變經支氣管鏡肺活檢的診斷率與肺外周病變的大小以及病變距離支氣管的直線距離有直接關系。有報道表明，對于直徑≤2 cm的肺周圍性病變，TBLB 的診斷敏感度僅為34%[7]。外科手術雖然診斷陽性率更高，但創傷大、花費較高，患者接受程度低[8-10]。RP-EBUS 的出現為臨床診斷肺周圍型病變提供了新的微創診斷方法，可準確定位目標病灶并指導活檢，對于評估病變性質也具有重大價值。目前，大多數研究報道RP-EBUS 診斷肺周圍型病變的診斷率為46%～86.2%，一項Meta 分析研究報道總體診斷率為73%[11-15]，因此在國內許多醫院已開始應用和推廣RP-EBUS 診斷。

評估RP-EBUS 的臨床應用可行性主要包括操作性能和腫瘤識別能力兩方面，目前尚無客觀量化指標對其進行評估。結合類似研究，我們定義評估的指標主要包括支氣管內超聲與主機的連接是否快捷方便、支氣管內超聲插入活檢孔道的難易程度、支氣管內超聲插入活檢孔道后電子支氣管鏡是否仍然可以正常操作、超聲圖像采集和存儲是否容易操作、超聲圖像質量是否符合診療要求。結果顯示，評價自主研發的徑向探頭支氣管內超聲操作性能的指標評分較奧林巴斯徑向探頭支氣管內超聲稍低，但差異無統計學意義(P＞0.05)，這表明自主研發的徑向探頭支氣管內超聲具備較好的操作性能，可達到臨床應用的性能要求。此外，本研究4 名呼吸內鏡醫師均順利完成實驗組和對照組的檢查，檢查過程中巴馬小型豬生命體征穩定，術中、術后均未出現相關不良事件和并發癥，這表明支氣管內超聲檢查具有較好的安全性。

在支氣管內超聲檢查過程中，能否得到氣道旁腫瘤病變的高質量超聲圖像是反映支氣管內超聲檢查效果的重要指標[16-19]。本研究利用食用果凍與支氣管周圍肺組織超聲回聲不同的特點模擬構建了氣道旁腫瘤，結果表明此方法簡便易行，可以成功顯示出模擬腫瘤與支氣管周圍肺組織的回聲圖像，為支氣管超聲內鏡相關研究提供了一種較好的實驗模型構建方法。本研究對離體豬肺氣道旁模擬腫瘤進行支氣管內超聲檢查，結果顯示自主研發的徑向探頭支氣管內超聲識別腫瘤大小和腫瘤回聲判定的能力評分均接近奧林巴斯徑向探頭支氣管內超聲，且差異無統計學意義(P＞0.05)。這表明自主研發的徑向探頭支氣管內超聲可以滿足確認肺周圍型病變的超聲圖像所需的清晰程度。

綜上所述，本研究通過活體動物實驗以及體外實驗證實，自主研發的徑向探頭支氣管內超聲能順利完成對肺周圍型病變的檢查和定位，具備與奧林巴斯徑向探頭支氣管內超聲相當的操作性能和檢查效果。研究過程中也發現自主研發的呼吸道超聲成像系統與對照組設備相比仍有提升空間，主要體現在圖像銳度、清晰度等超聲圖像質量參數。后續研究組將進一步優化相關參數并組織開展隨機對照臨床研究驗證該系統在臨床應用的有效性和安全性，相信該設備的成功研發和應用對于該項技術在我國醫療機構中的推廣應用具有重要意義。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。