【摘要】 气道内冷冻切除及冷冻活检是近年来出现的两项新技术。冷冻切除的出现打破了传统冻融治疗不能用于急性气道梗阻的限制,拓宽了气道冷冻治疗的适应症。借助冷冻活检技术,临床医生能获取质量更高的组织学标本,为疾病的诊断带来了方便。本文总结了近年来有关冷冻切除及冷冻活检的研究资料,从有效性、安全性、局限性等多方面对这两项新技术进行了评价,以期为临床选择恰当的介入手段提供参考。

引言    

       冷冻技术用于诊治气道疾病已有40多年的历史了。1968年GAGE用特制的冷冻探头处理气道内的恶性肿瘤标志着气道冷冻治疗的开端[1]。这种传统的冷冻治疗即我们通常所指的“冻融治疗(cryotherapy)”。它是通过冷冻的细胞毒作用杀伤组织细胞的。这种效力具有延迟性,局部组织需要数天才能逐渐坏死脱落。因此,在冻融治疗后的8-10天需要进行二次气管镜检查清除这些坏死的组织。这种延迟性使得冻融治疗不能单独用于处理腔内肿瘤阻塞引起的急性气道梗阻[1]。2004年,Hetzel等突破了这一限制,借助一种新型冷冻探头,他们能将肿瘤组织直接粘下。证明了新型冷冻探头能迅速开通阻塞气道,提出了“冷冻切除(cryorecannalization,CR)”的概念[2]。此后,国内外先后有多名学者对此项技术的有效性及安全性进行了验证。冻切治疗过程中能够获得大块的组织学标本,这引起了Hetzel等的重视,通过进一步的研究他们发现这些标本不仅体积大,且标本内部组织结构的完整性好,细胞表面及细胞核内部的分子标志物不受破坏,遂于2008年正式提出了“冷冻活检(Cryobiopsy)”的概念[3]。冷冻活检是在冷冻切除的基础上发展起来的,二者实际上是同一技术应用在疾病诊断及治疗方面的两种不同表现形式。

 

冷冻切除及冷冻活检的基本设备及工作原理

        与传统冻融治疗相同,冷冻切除及冷冻活检的基本设备也由三部分组成,即制冷源、控制装置及冷冻探头。冷冻切除及冷冻活检需使用新型冷冻探头。这种探头长78 cm,直径为2.3 mm。与传统的冷冻探头相比,新型探头具有更大的表面积,从而能发挥更大的冷冻效能,冻住更大的组织。探头顶端与中央气体通道的连接也更加稳固,从而使新型探头能承受更大的牵拉力(50 N)[2]。依据Joule–Thomson原理,液态制冷源从高压储气瓶内快速释放时,气体从高压状态转换至低压状态,快速膨胀的气体吸取周围环境的热能并将其转换为膨胀所需的动能,从而使冷冻探头前端迅速形成低温[4]。常用的制冷源包括3种:二氧化碳、一氧化二氮和液氮。在室温条件下,二氧化碳由高压储气瓶释放后会产生结晶,这些结晶可能会对探头的操作造成影响。液氮能使探头顶端的最低温度达到-196 °C,但这种最低温度需要花费1-2分钟才能达到[5]。一氧化二氮从高压储气瓶内释出后在几秒内即能使冷冻探头顶端达到–89 °C的低温,且不形成结晶,故最为常用[2,5,6]

 

冷冻切除及冷冻活检的操作过程

       新型冷冻探头可在全麻条件下与硬质气管镜配合使用,也可在局麻加镇静的条件下与软质气管镜及直径为7.5 mm或8.5 mm的导管配合使用。这种导管有单独的供氧通道,在术中可持续供氧[2,6]。冷冻切除及冷冻活检的操作过程十分简单:首先将冷冻探头经软质气管镜的工作通道送入气道内,并将探头前端插入肿瘤组织内部1-2 cm,然后踩下踏板开始冷冻,冷冻时间文献报道从3-20秒不等[26]。大多数冷冻过程均在可视条件下完成,因此,术者能直接观察到肿瘤组织的冷冻情况,防止冻伤正常的气道壁。探头周围形成冰晶后,用力牵拉冷冻探头及气管镜即能将冻结的肿瘤组织直接切下。将气管镜及冷冻探头一同从气道内移出后,把切下的肿瘤组织放在水中即能迅速解冻。重复进行上述操作即可将气道内的肿瘤组织清理干净[2]。通过上述方法取出的组织学标本在福尔马林溶液中固定后便可用于后续的组织学染色及免疫组化处理[3]

 

气道内冷冻切除技术的相关研究

       目前,气道内冷冻切除技术尚未普及,可供参考的研究资料比较有限。但既有的研究均对冻切治疗的有效性及安全性做出了肯定。

       2004年,Hetzel等首先对冻切技术进行了报道。该项前瞻性研究以60例患者为研究对象。其中支气管癌51例,转移癌4例,支气管类癌1例,支架内肉芽肿3例,恶性淋巴瘤1例。在这60例患者中,有23例患者的支气管管腔完全阻塞,另外37例患者的气道腔存在重度梗阻。经过单次冻切治疗后,有37例(61%)患者即刻实现了气道腔的完全再通,另有13例患者(22%)实现了部分再通(即虽有残余肿瘤组织阻塞气道,但直径6 mm的气管镜能轻松通过狭窄部位),总成功率达到了83%,且气道能否成功再通与肿瘤类型及梗阻部位无关。安全性方面,60例患者中,轻度出血者54例,这部分患者的出血均在几分钟内自行停止。另外6名患者局部出血症状较重,出血量在100 ml-300 ml之间,但经气管镜吸引及氩等离子体凝固术(Argon plasma coagulation,APC)处理后均可止血[2]

       2010年,Schumann等对225例因内生性肿物阻塞气道而接受冻切治疗的患者进行了回顾性分析。其中肺癌147例,转移癌50例,良性病变28例(良性气道狭窄、脂肪瘤、支气管内肉芽肿及错构瘤)。最终,共有205例患者经单次冻切治疗实现了管腔再通,成功率为91.1%,且术前气道梗阻持续的时间对手术成功率没有显著影响。术中共有27例患者并发出血。其中轻度出血9例(4.0%,经冰盐水或去甲肾上腺素处理可制止),中度出血18例(8.0%,经APC处理可制止)。没有严重出血及气胸的的报道。只有1例气管囊腺瘤的患者因气管膜部受损并发了纵隔气肿,但破损的膜部在未经其他处理的情况下很快就自行愈合了[6]

       除了上述两项大规模研究,国外也有一些关于冻切技术的个案报道。Franke等曾先后报道用冻切技术清除支气管内的脂肪瘤[7]、粘液栓、气管异物、肉芽组织及癌肉瘤[8],均实现了气道腔的即刻再通。Schumann等报道通过冻切技术成功治疗了1例复合型狭窄。该患者因淋巴瘤浸润造成了气管和支气管的严重狭窄,经冻切治疗后气管及支气管均获得了再通[9]。冻切技术不仅可用于解除成人急性气道梗阻,德国Hetzel等报道冻切技术也可用于清理小儿气道支架内的肉芽组织[10]

       Nd-YAG 激光是处理急性腔内气道梗阻最常用的方法,文献报道其成功率波动在50%-90%之间[11]。Hetzel及Schumann报道冻切技术用于解除气道梗阻的成功率分别为83%和91.1%[26],虽然目前相关的大样本研究较少,但上述结果还是可以在一定程度上证明冻切治疗的有效性。尽管冻切治疗的有效性很高,但Hetzel及Schumann的研究提示我们,并不是所有因气道内生性肿物引起急性气道梗阻的患者均适合选用冻切治疗。Hetzel等认为:冻切治疗只适用于那些梗阻远端气道通畅的患者。当肿瘤组织范围过大时,不适宜选择冻切治疗[2]。Schumann等也得出了相似的结论,他们认为:气道完全阻塞且病变长度大于2cm的患者不适宜选用冻切治疗开通气道[6]。此外,与传统冻融治疗相同,冻切治疗也不能用于气道外压性狭窄[12]

       冻切治疗的并发症主要为出血。出血多为轻至中度,多数出血可自行停止,只有少数情况下需采用APC止血,尚无因出血导致血流动力学紊乱的报道。除出血外,另有1例并发纵隔气肿的报道。就目前的研究资料看,冻切治疗的安全性还是很高的。但作为一项新兴技术,其安全性还需要经受时间的考验。

 

气道内冷冻活检技术的相关研究

       2008年,Hetzel等为12例因内生性肿物造成气道梗阻的患者施行冻切治疗后,首次对取下的组织标本进行了分析。结果显示,冻切治疗中冷冻探头粘下的组织标本体积很大,其平均直径达到了6.7 mm(4.2 mm-13 mm)。标本的质量也很高,标本内部的组织结构破坏少(75%的标本内部结构的完整性超过75%,其余标本内部结构的完整性达到了50%-75%)。病理学家参照这些组织标本可对疾病做出确定诊断。其中肺鳞癌5例,支气管腺癌2例、典型支气管壁类癌2例、小细胞肺癌1例,另2例患者为肺部转移癌,原发癌分别为胸膜间皮瘤和结肠癌。除了上述两个优点以外,免疫组化的结果显示——尽管经过了冷冻处理,但细胞表面及细胞核内部的分子标志物不受破坏,通过免疫组化染色,这些分子标志物可被精确定位,这一点对于诊断小细胞肺癌有特殊意义。安全性方面,这12例患者中,有1例患者在活检时并发了严重出血,但经APC处理后出血可被制止[3]

       2009年,Babiak等又成功将此技术用于肺活检。他们选取了41例影像学疑诊弥漫性肺疾病的患者作为研究对象。术中首先通过传统活检钳进行经支气管肺活检,之后在荧光引导下将冷冻探头置于目标区域进行活检取样。通过这两种活检方式获得的标本分别进行了组织学检查及体积测量。组织学检查的结果显示,冷冻活检取得的所有标本都包含肺组织,并且未见肺泡压缩和组织结构的破坏。数字形态测量仪的测量结果表明,冷冻探头所获组织标本的平均表面积为15.11 mm2(2.15 mm2-54.15 mm2),而传统活检方法所获标本的平均表面积仅为5.82 mm2(0.58 mm2-20.88 mm2),两者之间差异有统计学意义(P<0.01)。在安全性方面,冷冻活检过程中有2例患者并发了气胸,术后经胸导管引流均可治愈。活检过程中无严重出血的报道,轻微出血经软镜吸引后均可停止而无需采取其他止血方式。以冷冻活检的结果为基础,结合患者的病史及影像学资料,病理学家可对其中的39名患者做出确定诊断。尤其是在“特发性间质性肺炎(idiopathic interstitial pneumonia)”的诊断方面,冷冻活检具有明显优势[13]。尽管此研究通过对比证明冷冻活检所获标本从体积及质量两方面均优于活检钳活检,但今后尚需进行前瞻性研究将冷冻活检与诊断弥漫性肺疾病的金标准——外科活检进行比较。从而提供更多有效性及安全性方面的数据。

       2010年,先后有多篇报道从不同角度对冷冻活检技术进行了评估。Franke等[14]以猪为研究对象,从标本大小、标本质量及出血风险三方面对冷冻活检及活检钳活检进行了比较。结果显示,较之活检钳活检,冷冻活检能取得更大的标本,标本体积与冷冻时间成正比,标本质量也更高。尽管冷冻活检后局部留有更大的创口,但出血的几率并未增加,出血时间也未延长。在一项回顾性研究中,Schumann等总结了296例曾行腔内肿瘤活检的患者。前55例分别行活检钳活检及冷冻活检,其余患者只行冷冻活检。对比研究显示,与活检钳活检相比(65.5%),冷冻活检的诊断效能更高(89.1%),差异有统计学意义(P < 0.05)。在样本体积及质量方面,冷冻活检也有明显优势 (P < 0.0001)。冷冻活检引起少量出血11例 (3.7%),中量出血3例(1.0%),严重出血1例(0.3%)。结论认为,冷冻活检安全性高,并能提高气道内肿瘤性疾病的诊断效能,可在常规条件下开展[15]。随后,Aktas等以41例罹患气道内生性肿瘤的患者为研究对象,再次对冷冻活检诊断气道内生性肿瘤的有效性及精确性进行了评估。术中分别用活检钳及冷冻探头进行取样。结果显示,活检钳和冷冻探头所得标本的平均直径分别为0.2 cm(0.1 cm-1.0 cm)和0.8 cm(0.3 cm-4.0 cm)。活检钳活检的诊断率为78%,冷冻活检的诊断率达到了92.7%,差异有统计学意义。操作安全性方面,活检钳活检及冷冻活检并发出血的几率分别为34.1%和36.6%,两者间差异无统计学意义。冷冻活检过程中共有15名患者并发出血,其中5名患者的出血可自行停止,另有8名患者局部经冰盐水或肾上腺素处理后出血也可制止,只有2名患者需采取APC止血,但这2名患者的出血也属中度出血,并未造成血流动力学紊乱[16]

       为了进一步分析影响冷冻活检标本大小的因素,Franke等进行了一系列的动物试验。其研究主要从三方面进行了分析。第一,使用不同直径的冷冻探头进行肺活检,分析探头直径与标本大小的关系。第二,使用相同直径的冷冻探头分别从肺脏、肝脏和胃粘膜取样,分析不同组织结构对标本大小的影响。第三,冷冻过程中向探头施加大小不同的作用力,分析作用力与标本大小之间的关系。标本大小是从重量和直径两方面评价的。结果显示,探头直径越大,作用时间越长,所获标本体积越大。使用相同直径的探头分别从肺脏、肝脏和胃粘膜取活检时,三种来源的标本在直径上并没有显著差异,而重量不同,表现为肺脏<肝脏<胃粘膜。在冷冻过程中,用力按压探头有助于获取更大的标本。但即便是使用直径最小的冷冻探头也能获得比活检钳活检更大的标本[17]

       冷冻活检操作简单,耗时短。与APC、激光等活检方式不同,冷冻活检避免了热能对局部组织的烧灼作用,同时也避免了活检钳等活检工具对标本的碾压。通过这种方式获得的标本内部组织结构完整性好,细胞表面及细胞核内部的分子标志物不受破坏,能够较真实地 反映组织的在体状态。与此同时,冷冻活检所获标本的大小也不受活检工具的限制。经过这种方式获得的标本,其体积比经传统方式所获标本的体积大得多,这对于提高疾病的诊断率而言具有重要意义。冷冻活检可在任意氧浓度条件下进行而不会出现气道失火。此外,使用活检钳进行活检时,要求活检钳要与粘膜表面尽可能地垂直,而冷冻活检过程中并不要求这种垂直关系,只要探头与粘膜相接触即可通过冷冻时的黏附作用粘下大块组织。因此,冷冻活检对于诊断粘膜及粘膜下病变有特殊意义。

 

展望

       去年5月,英国胸科协会在其网站上刊载了“成人软质气管镜诊治指南草案”。该草案认为当内生性肿瘤造成急性气道梗阻时,可采用冷冻切除技术削减肿瘤体积,开通梗阻气道。该指南也对气道内冷冻活检技术持肯定态度。然而,作为两项新兴技术,其有效性及安全性尚需接受更多大样本临床试验的评估。

 

 

参考文献

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陈楠 张杰  发表于《中华结核和呼吸杂志》2011年第34卷第6期

气道内冷冻切除及冷冻活检

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