肺癌的診斷方法分為直接診斷和間接診斷。所謂直接診斷，就是可以通過各種方法取到有病變的組織，通過組織細胞病理學找到腫瘤細胞，從而確診肺癌。這也是肺癌診斷的金標準。間接方法，是從影像學、血清腫瘤標誌物、功能影像學等角度發現病變，從其特徵上診斷肺癌。因為沒有真正的組織病理學證據，所以會有誤差，不能作為金標準。
直接診斷的方法包括：支氣管鏡活檢、痰找腫瘤細胞、胸水找腫瘤細胞、肺穿刺活檢、胸腔鏡肺活檢、縱隔或淺表淋巴結活檢等。間接診斷方法包括：胸片(X線檢查是診斷肺癌最常用的重要手段。通過X線檢查可以瞭解肺癌的部位和大小。早期肺癌病例X線檢查雖尚未能顯現腫塊，但可能看到由於支氣管阻塞引起的區域性肺氣腫、肺不張或病灶鄰近部位的浸潤性病變或肺部炎變)、胸部CT(對早期發現一般X線檢查隱蔽區域，如肺尖、膈上、脊柱旁、靠近胸壁胸膜，心臟後方，縱隔等處的肺癌病變，明確縱隔淋巴結是否增大等，很有診斷價值)、PET(可以發現意料不到的胸外轉移灶，能夠使術前定期更為精確)等功能影像學檢查。
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