文章来源：中华结核和呼吸杂志, ,41(10) : 810-813
作者：陈焕杰 苏柱泉 李时悦
单位：广州医科大学附属第一医院 广州呼吸健康研究院 呼吸疾病国家重点实验室
慢性阻塞性肺疾病（慢阻肺）、支气管哮喘（哮喘）和支气管肺癌是严重影响人类健康的常见气道疾病。目前对气道疾病的诊断技术主要有CT、体外高频超声及呼吸介入技术等，但CT分辨率不高，对肺外周气道诊断价值有限，且具有一定的辐射剂量[1,2]；体外高频超声限于组织分辨率低[3]，而且仅可探及颈部气管段，无法对位于胸腔内的气道清晰成像；支气管镜检查只可在肉眼直视下观察气道腔内情况，经支气管镜活检仅能反映局部组织形态，而支气管径向超声的显像对气道壁分层的分辨率欠佳[4,5,6]。对以小气道病变为主的慢性气道疾病，目前临床常用的诊断技术均难以直接观察小气道的形态改变，评估小气道结构重塑仍然是一大难题和挑战。
光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography，OCT）是一种新的成像技术，具有高分辨率、可重复检查且相对无创等特点，早期应用于眼科[7]、脉管系统[8]等，近年来有学者发现OCT对多级气道（尤其是肺外周小气道）进行实时观察和测量，并对疾病的诊断和评估具有极大的应用前景。本文结合国内外研究报道，将OCT在气道疾病中的应用研究进展及其前景综述如下。
一、OCT的基本介绍
1．OCT的原理：
OCT通过发射近红外光波，利用不同组织成分对光波的光学折射率不同，收集由此产生的不同反射和反向散射光波，经计算机分析和处理后，再以图像的形式展现。OCT在启动扫描成像时，其探头以圆周方式螺旋、回抽扫描，可生成纵切面和横截面二维图像[9,10]。
2．OCT仪器：
目前用于气道研究的OCT主要是美国雅培公司LightLab C7XR FD-OCT系统，成像导管直径为0.9 mm，OCT光学成像对组织的穿透深度为3~5 mm，分辨率达2~10 μm，纵向扫描长度54~75 mm。OCT技术对气道检测具有以下优点：（1）超细的导管能进入到大、中、小气道进行探查；（2）OCT的扫描深度可对气道壁全层成像；（3）具有接近于组织学水平的高分辨率；（4）具有实时、非接触性和相对无创的优点[9,11]。
二、OCT在气道疾病中的应用研究
1．可行性探索：
早在1998年，Pitris等[12]在离体组织中初步证实OCT在人气道应用中的可行性。，Yang等[13]对OCT技术在气道成像的有效性进行探索，通过对猪离体肺组织进行OCT成像和组织学的对比研究，发现OCT能准确显示气道壁各层结构，并可准确测量气道壁厚度。，Whiteman等[14]对肺癌患者行气道OCT检测，并与组织病理学结果分析比较，证实OCT用于人体内气道壁各层结构显像是可行有效的。从离体实验研究结果已明确OCT可定量测量气道腔内径、管壁厚度和面积，并与组织病理学结果一一对应[15]。
2．慢阻肺：
慢阻肺的病理生理特点是由肺气肿导致的肺弹性回缩力下降或丧失和由管壁结构重塑等导致的不完全可逆的气流受限[16,17]，尤以小气道病变更为明显。在慢阻肺病变早期，肺功能改变常滞后于小气道结构变化，因此肺功能检查对早期慢阻肺诊断和评估价值有限[18]。Coxson等[19]通过气道内OCT、肺功能以及CT等方法对吸烟者进行检查，发现OCT与CT的检查结果具有良好的相关性，OCT比CT更敏感地反映阻塞性气道疾病所致的FEV1改变，提示OCT对慢阻肺的气道结构成像特征比CT更能反映小气道病变。Chen等[11]通过利用OCT、CT和组织学方法对比观察人体内第3~9级支气管，研究结果表明OCT和CT气道结构成像的相关性良好，初步阐述慢阻肺远端小气道结构重塑的成像特征。Ding等[20]通过肺功能、CT和OCT等方法对比观察慢阻肺患者、肺功能正常的重度吸烟者和非吸烟者的气道，结果显示肺功能正常的重度吸烟者小气道病变与慢阻肺气道结构特征相类似，均表现为气道管腔狭窄和管壁增厚，OCT探测小气道病变程度与慢阻肺分级存在良好的相关性，提示OCT成像可更好地筛查早期慢阻肺（尤其是肺功能正常的重度吸烟者等慢阻肺高危人群）的小气道病变。以上研究结果表明，气道内OCT可敏感反映慢阻肺的气道结构重塑和小气道病变，对慢阻肺的诊断和病情评估具有重要的应用价值，但是OCT对慢阻肺小气道结构成像特征及早期诊断与筛查价值等仍需更多前瞻性研究证实。
3．哮喘：
哮喘是一种以慢性气道炎症和气道重塑为主要特点的气道疾病，其气道结构重塑的改变包括气道平滑肌增厚、腺体和纤维组织增生等[21,22]。有研究报道通过气道内OCT评估支气管热成形术（bronchial thermoplasty，BT）治疗重症哮喘的疗效，结果显示BT治疗后气道结构成分发生改变，包括气道腔内分泌物、气道腺体和平滑肌、炎症浸润及管壁厚度等，提示气道内OCT可应用于评估BT治疗重症哮喘的疗效及可能适用于BT治疗的病例筛选[23]。但是，该研究仅报道2例重症哮喘病例的治疗和随访，关于OCT在重症哮喘治疗和病情评估的应用价值仍有待深入的研究和证实。为了更清晰显示气道平滑肌的组织形态，有学者利用定向OCT和机械性显微镜的双折射显微平台技术观察动物离体气道平滑肌的厚度和评估平滑肌的收缩能力，同时对比观察健康人和哮喘患者的气道结构，结果显示该技术可清晰辨别气道平滑肌的结构形态[24]。总之，OCT或OCT的衍生技术对哮喘的气道结构（尤其是平滑肌）特征形态变化具有极大的研究和应用前景，并有助于评估哮喘的严重程度、预测疗效及远期预后，而OCT对于气道壁组织成分显像的清晰度、定量评估的性能仍有待进一步提高和改良。
4．支气管肺癌：
支气管肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，早期诊断有助于提高患者生存率[25,26,27]。Tsuboi等[28]在首次将OCT应用于支气管肺癌的探查和诊断，通过OCT图像与组织学结果进行对比，发现中央型肺癌呈现不均一密度显像的黏膜层和黏膜下层以及正常成分结构的缺失。Lam等[29]利用OCT对气道癌前病变进行探测，发现侵袭性癌的气道上皮比原位癌更厚；重度不典型增生和原位癌的气道上皮增厚比轻、中度不典型增生明显；基底膜在原位癌中能保持完整性，但在侵袭性癌中则不完整或在OCT成像中不显示。虽然OCT技术对诊断气道肿瘤具有独特的优势，但是仍不能取代病理活检。Hariri等[30]对体外肿瘤标本进行OCT和组织学分析发现，OCT对肿瘤的诊断仍会出现较多假阳性和假阴性结果。但是，可通过OCT辅助引导定位，提高活检诊断阳性率。有研究[31]将OCT应用于引导经支气管针吸活检，在OCT实时显像下进行针吸活检。OCT实时、高分辨的成像特点对肺癌早期诊断具有一定研究前景，而OCT及其联合技术在肺癌辅助诊断中的应用价值仍是将来研究的热点。
5．良性气道狭窄：
气管插管和（或）气管切开是良性气道狭窄的最常见病因[32,33,34,35,36]，疾病的机制探索和早期预防是良性气道狭窄的研究重点。Karamzadeh等[37]利用气管插管后损伤的兔模型，证实OCT图像可清楚显示气道损伤的结构变化。Ridgway等[38]用OCT在新生儿气道内透过气管插管检测喉部和气管结构，可清晰辨识气道壁各层结构，提示OCT可用于气管插管状态下气道结构变化的监测。另有研究通过联合支气管内超声和OCT检查对插管后气道狭窄后激光消融治疗前、后的气道结构进行观察及疗效评估，提示OCT与其他技术联合运用有助于指导呼吸介入医师选择更优的治疗策略和避免反复对气道狭窄段进行激光治疗而导致狭窄复发或相关并发症[39,40]。
6．吸入性气道损伤：
烟雾吸入性损伤指由于烟雾或热力损伤呼吸道和肺实质而引发急性肺损伤和ARDS[41]。目前对烟雾吸入性损伤的诊断主要依靠病史、支气管镜检查及CT等方法，以上方法可明确诊断较严重的气道或肺实质损伤，但对于早期轻度损伤，诊断敏感度则不高[42]。Brenner等[43]通过对该疾病的动物模型进行OCT和组织学检查结果的对比，发现OCT可观察到吸入烟雾后早期气道壁增厚的现象，提示OCT有助于早期诊断烟雾吸入性损伤；之后，Brenner等[44]通过OCT和组织学检查对比观察动物气管上段与气管下段和近端支气管在烟雾吸入性损伤后的变化，并将此二者与动脉血碳氧血红蛋白水平作相关性分析，发现气管下段和近端支气管管壁在OCT图像中的增厚程度更有助于烟雾吸入性气道损伤的病情评估。虽然OCT可用于吸入性气道损伤的早期诊断，但其对气道损伤的鉴别诊断、严重程度及预后评估价值尚需进一步探索研究。
7．其他气道疾病：
目前对OCT在阻塞性睡眠呼吸暂停（obstructive sleep apnea，OSA）的研究主要集中于上气道的管径、长度和形态检测，发现OSA患者腭咽部横截面积比正常人小，提示OSA可能与该部位的病变有关[45,46,47]。另有关于OCT及其衍生技术在囊性纤维化、支气管扩张等疾病的研究[48,49]，通过对气道上皮的黏液纤毛清除能力、纤毛摆动频率以及黏液纤毛输送率等进行观察，从而评估疾病状态下气道上皮纤毛的损伤程度。
三、展望
虽然OCT可对气道组织结构进行清晰显像，但也存在一定的不足：（1）OCT目前仍无法完全代替组织病理学检查；（2）气道内分泌物、呼吸运动等可影响成像效果；（3）图像的自动化处理及分析需进一步优化和改良；（4）探测深度的局限，对气道壁以外的病变或肺实质的病变难以进行清晰显像；（5）OCT探头仍难以对全肺或更远端小气道进行探查。但是，将来可探索一种更能清晰显示图像对比度的光波来代替近红外光，再通过OCT与其他诊断方法相结合来对气道疾病进行深入的分析和评估，提高疾病诊断阳性率[50]，如联合电磁导航支气管镜技术可进行气道的准确定位，提高OCT在气道内成像可重复性，有助于气道疾病治疗前后对比及长期的随访与疾病评估。此外，如果将OCT与呼吸门控技术相结合，可减少呼吸运动伪影造成的测量误差，从而使OCT准确测量气道直径并指导气道支架尺寸选择成为可能[51]。有学者开发一种OCT分割算法，在图片处理时将气道与其中的分泌物及常见的成像伪影"分割"开，有望减少气道分泌物因素对成像的影响[52]。目前用于气道研究的OCT是来自于心血管系统的仪器，现市面上尚未有专用于呼吸系统的OCT仪器。近年来，即将上市的国产呼吸系统OCT已进入临床试验阶段，相信在不久的将来，OCT技术在气道疾病中的应用将日渐普及，对气道疾病（尤其是慢性小气道疾病）的诊断阳性率、敏感度和特异度将会逐渐提高。
总之，OCT技术对气道疾病的病情和预后评估具有重要的应用价值和广泛的应用前景。
参考文献（略）
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