消化道早癌內鏡成像技術的研究進展

楊 懌 李 雪 程 芮 陳 煒 陳楚巖 張澍田

(首都醫科大學附屬北京友誼醫院消化分中心，北京 100050)

在世界范圍內，消化道惡性腫瘤屬于較為常見的一類癌癥，食管癌、胃癌、結腸癌等有較高的發病率，均位列于全世界癌癥死亡的主要病因[1]。消化內鏡的早期篩查已成為預防消化道早癌向進展期癌癥發展的重要手段，在深層浸潤及淋巴結轉移之前發現消化道早癌并進行干預是改善患者預后的關鍵。

白光內鏡(white light endoscopy，WLE)是目前最常用的內鏡檢查技術，觀察顯著的黏膜異常尚可，如結節樣、隆起或凹陷樣病變，對黏膜的輕度不規則或色澤異常等改變容易漏診，故對早癌的篩查存在局限性。有報道[2]稱除日本外的其他國家，僅有10%胃癌可以在早期階段發現。近些年來，內鏡技術發展迅速，在WLE的基礎上，相繼出現了高清白光內鏡(high-definition white light endoscopy，HD-WLE)、放大內鏡(magnification endoscope, ME)、色素內鏡(chromoendoscopy，CE)、電子色素內鏡、共聚焦激光顯微內鏡(confocal laser endomicroscopy，CLE)、細胞內鏡(endocytoscopy，EC)、光學相干斷層成像術(optical coherence tomography，OCT)等新技術，并逐漸應用于臨床之中，為消化道早癌的篩查、診斷和分級提供了幫助。

1 高清白光內鏡

HD-WLE在標準WLE基礎上大幅度提高像素密度，從10萬至40萬像素提升至100萬像素級別，高質量的成像可以展示出消化道黏膜的更多細節[3]，更有助于消化道早癌的初步觀察。相較于WLE，HD-WLE可以顯著提升結腸鏡下腺瘤的檢出率[4-5]。有薈萃分析[6]顯示，HD-WLE相比于電子色素內鏡，在炎癥性腸炎(inflammatory bowel disease, IBD)患者中對腺瘤的檢出率上不處于劣勢。目前，HD-WLE已廣泛應用于臨床，并且可以和其他內鏡新技術相結合使用，帶來更清晰的成像，更好地輔助內鏡醫師對消化道早癌進行篩查，降低遺漏率。

2 放大內鏡

ME在器械遠端存在一個透鏡系統，對消化道黏膜的觀察可以實現6倍至150倍的光學變焦，而不是簡單的數碼變焦，可實現放大成像的同時并不會犧牲像素密度和圖像質量。在使用過程中，通常和電子色素內鏡聯合使用，可實現對消化道黏膜的微表面及微血管樣式的定性描述，甚至“光學活檢”，從而實現對消化道早癌的評估。目前，放大內鏡對消化道早癌的邊界及浸潤深度的評估已在臨床廣泛開展。有研究[7]顯示，放大內鏡聯合窄帶成像技術(narrow band imaging，NBI)可顯著提高胃癌的活檢陽性率，同時有效降低活檢比例。

3 色素內鏡

消化道早癌等病變和正常黏膜組織在WLE下有時難以區分，研究者希望利用染料著色消化道黏膜來提高對比度，以更好地區分正常組織和病變部位，CE應運而生。雖然已有研究[8]指出電子色素內鏡的結果已經可以取代傳統染料色素內鏡，但傳統CE具有簡易、便利的優點，對設備要求低，易于基層醫院開展，便于廣泛開展消化道早癌篩查。

根據作用機制的不同，可以將常用染料分為三類：①吸收性染料：Lugol’s碘液、亞甲藍和結晶紫、醋酸；②非吸收性染料：靛胭脂；③反應性染料：剛果紅、酚紅。Lugol’s碘液適合鱗狀上皮著色，通常被用于食管病變的染色，可輔助食管早癌篩查。亞甲藍可以染腸道上皮細胞、腸化上皮細胞等，可用于Barrett食管、胃早癌、結直腸不典型增生病變的判斷。醋酸可以改變細胞內蛋白三級結構從而改變上皮細胞特性，進而改變光學性質，Colleta等[9]的Meta分析結果示醋酸染色對Barrett食管患者的早癌檢出率較高，對食管高級別不典型增生和食管腺癌的鑒別的敏感度和特異度分別為92%和96%。靛胭脂不會被上皮細胞吸收，可以滲透于消化道黏膜的縫隙之間，更好地展示病變細節。剛果紅、酚紅通過引起化學反應而實現顏色改變，目前在消化道早癌篩查中應用有限。

色素內鏡在早癌篩查中存在一定的局限性。局部的染料過度或過少染色可能會影響內鏡診斷的準確性。同時對腸道準備要求相對較高，易受殘留糞便影響。此外，食管碘染可引起食管黏膜的炎癥，導致患者上消化道不適感。

4 電子色素內鏡

色素內鏡使用的染料通常需要一定的染色時間，并且可能會有一定不良反應，而電子色素內鏡的誕生，減少了內鏡的操作時長和對患者不必要的損傷。

4.1 窄帶成像技術

NBI目前是臨床上最為廣泛應用的電子染色內鏡技術，通過窄帶濾波器技術，只保留波長為415 nm的藍光及540 nm的綠光進行成像。在對消化道黏膜的觀察中，可以清晰地觀察到微血管網及微結構。針對腸上皮化生，相比于WLE下的隨機活檢，NBI引導下的靶向活檢可以實現更低的活檢頻率和活檢陽性率[10]。目前NBI和放大內鏡的結合使用(ME-NBI)受到廣泛青睞，在內鏡下實時的“光學活檢”可以輔助內鏡醫師判斷病變是否存在不典型增生。Singh等[11]確定了簡化亞太Barrett聯盟分類標準，基于此標準NBI對Barrett食管患者高級別不典型增生的診斷的敏感度和特異度達到了90%和99%，對于食管早癌的篩查具有重要意義。由于食管鱗狀上皮缺乏黏膜輪廓，NBI對于微血管網結構的高對比度展示在食管鱗癌(esophageal squamous cell carcinoma，ESCC)的分期中有指導意義。ME-NBI可以實現對食管上皮乳頭內毛細血管袢(IPCL)進行觀察和描述，內鏡醫師可以判斷腫瘤的進展程度及浸潤深度，對于早期ESCC的診斷及治療均有重要的指導意義[12]。ME-NBI應用于胃早癌的診斷亦取得一定進展。2016年Muto等[13]提出基于ME-NBI的胃早癌的簡單診斷標準，易于臨床應用。Horii等[14]的研究結果顯示，ME-NBI對于胃早癌邊界的判定有較高的準確性，活檢病理陰性率達96.7%。最近一項薈萃分析[15]顯示，ME-NBI對胃早癌的診斷準確性明顯高于WLE及ME-WLE。綜上，NBI技術在消化道早癌的診斷中處于非常重要的戰略位置。

4.2 藍激光成像(blue laser imaging，BLI)

BLI屬于較新的電子色素內鏡技術，其成像結合了白光光源和窄帶激光光源，彌補了NBI及內鏡智能分光比色技術(flexible spectral imaging color enhancement，FICE)等其他內鏡技術的弱點。共有4種成像模式，分別為WLI、BLI、BLI-light、LCI，可以在不同模式之間切換，對病灶更全面地觀察以明確診斷[16]。相比于NBI，BLI增加了白光，提升了觀察區域亮度，更有助于觀察IPCL，便于食管早癌的診斷[17]。BLI和放大內鏡(ME-BLI)的聯合應用在胃早癌的診斷中也取得了一定進展，ME-BLI及ME-BLI-bright相比于ME-NBI可以實現對微血管和微結構同等準確性的評估[18]，從而實現對病變的初步診斷和浸潤深度的判斷。BLI相較于NBI可以更好地顯示隱窩結構，提示BLI有潛在的胃早癌診斷優勢[19]。BLI目前尚處于發展階段，部分研究納入患者例數有限，仍需大規模研究證實其在消化道早癌中的診斷價值。

4.3 內鏡智能分光比色技術

FICE可以捕捉不同波長的光進行成像，并根據波長的不同組合進行重組后虛擬成像，實現在WLE相同吸光度的基礎上，提供更高對比度的成像，可以較好地觀察黏膜血管及微結構。Li等[20]的研究顯示，食管中白斑的發現可能與食管鱗癌相關，一旦發現碘染篩查食管癌或癌前病變。FICE觀察到的淡色區域與白光內鏡下的白斑表現呈高度一致性，且淡色區域邊緣較清晰、亮度高，相比于白斑有更高的檢出率，更有助于食管早癌的篩查。Yokoyama等[21]發現，相比于傳統白光內鏡，FICE聯合超薄白光內鏡可以在患者開銷更少及恢復時間更短的基礎上，對早期胃癌擁有更高的診斷準確性。FICE聯合放大內鏡(FICE-ME)亦可實現“光學活檢”，對早期胃癌的診斷準確性相較于單純應用放大內鏡更高。Zago等[22]的研究顯示，FICE-ME對結直腸腫瘤性息肉的診斷有較高的敏感度和特異度，基于FICE-ME的光學活檢對結直腸息肉切除術后復查間隔時間的預測與基于病理組織學的預測呈高度一致，達到89.7%。FICE在消化道早癌診斷方面有一定的應用前景，尚需更多研究來證實。

4.4 i-Scan技術

i-Scan技術屬于新型電子色素內鏡技術，具有3種光學后處理模式，分別為表面增強、對比增強、色調增強，可以較為清晰地展示黏膜微結構、血管形態、病灶邊界等。Lipman等[23]的研究顯示，i-Scan聯合放大內鏡，與醋酸染色相結合，可以更高效地檢出Barrett食管中的異型增生，在食管早癌的篩查中存在潛在價值。對腫瘤性或非腫瘤性結直腸病變的鑒別，i-Scan相較于HD-WLE有著更高的準確性，但是在結直腸腺瘤檢出或避免漏診方面，i-Scan并無優勢[24]。近期有研究[25]表明，i-Scan對10～50 mm結腸息肉的組織學預測能力和NBI相當。相比于NBI技術，i-Scan技術有針對食管、胃、結腸的多種模式，對消化道早癌的篩查存在潛在優勢，但目前i-Scan在早癌診斷方面的研究相當有限，仍待進一步研究。

5 自體熒光內鏡(autofluorescence imaging，AFI)

AFI是利用不同類型組織熒光發射的差異來實現鑒別組織類型。當組織暴露于短波長光時，內生熒光團可被激發成長波長的光(即自身熒光)，正常黏膜組織和腫瘤性病變有著不同的自身熒光特性[26]。

有研究[26]顯示，在Barrett食管的診斷中，相比于傳統食管四象限活檢，AFI引導下活檢可以提升腫瘤診斷準確率。近期AFI聯合HD-WLE和NBI所組成的“三模成像技術”已經被用來鑒別不典型Barrett食管表現，協助Barrett食管中良性腫瘤的內鏡下黏膜切除術(endoscopic mucosal resection，EMR)[27-28]。遺憾的是，在食管中單獨應用AFI對不典型增生病變的檢出率相比于WLE并沒有明顯提升，并且有較高的假陽性率。

相比于正常結腸黏膜組織，結腸腫瘤的自身熒光密度通常是降低的，可能與膠原含量下降相關。單獨使用AFI相比于WLE，并不能有效提高結腸的腺瘤診斷準確性[29]。相比于WLE，AFI在篩查腺瘤方面更加高效，但是AFI相比于HD-WLE并沒有明顯優勢[30]。目前在消化道早癌的篩查中，AFI的應用更依賴與HD-WLE及NBI的結合，而不是單獨應用。

6 細胞內鏡

普通放大內鏡的光學放大倍數可以達到170倍，當放大倍數達到數百倍后，即可接近實時“光學顯微”效果。EC是在放大內鏡的基礎上發展而來，具有極高的分辨率及放大能力，結合亞甲藍和結晶紫雙染色，可展示出正常黏膜和病變的組織間差異，甚至可分辨細胞質及細胞核結構差異，使得實時細胞水平的內鏡下觀察成為可能。在操作過程中，要求內鏡前端與組織表面接觸。目前，最新一代細胞內鏡可以實現520倍連續光學變焦[31]。

食管的鱗狀上皮較適合染色，故適合用EC進行評估。而胃的黏膜分泌功能較強且無類似腸上皮的吸收功能，染色的難度較大，得到滿意的EC成像有一定難度。目前已有關于食管及結腸病變的EC分類標準，用于區分非腫瘤性病變、腺瘤/上皮內瘤變、惡性腫瘤，但尚未達成一致意見。EC的定性診斷準確率非常高，Utsumi等[32]研究顯示，EC對于小于5 mm的腫瘤及非腫瘤新生物鑒別的準確率高達96.8%。EC對結腸早癌的浸潤深度的判斷亦有較高的準確性，Kudo等[33]最新的報道顯示，EC對病變深層黏膜下浸潤程度評估的準確率可達到95.7%。

目前，人工智能輔助EC對病變性質及浸潤深度的診斷已取得一定進展，其鑒別診斷能力可以和內鏡專家相媲美[34]。EC相關研究大多在日本進行，尚未在世界范圍內普及。EC在我國的應用較少，其內鏡成像已相當接近組織活檢水平，同時對病變深度判斷的準確性較高，對消化道早癌的診斷價值值得期待。

7 共聚焦激光顯微內鏡

共聚焦是指點光源發射探測光通過透鏡被發射到觀測物體，如物體恰好在焦點上，則反射光可通過透鏡返回焦點，這種現象為共聚焦。CLE利用共聚焦原理，通過技術處理將反射光折向其他方向，去除非焦點平面散射光，進而實現焦點平面細胞層面的成像，具有良好的空間分辨率。CLE也是一種實現“光學活檢”手段。臨床中常用兩類CLE，分別為整合式共聚焦顯微內鏡(endoscope-integrated CLE，eCLE)和探頭式共聚焦顯微內鏡(probe-based CLE，pCLE)，后者臨床應用較為廣泛。

CLE在早癌診斷中，不僅可以實現“光學活檢”，提供內鏡下的初步印象，還可以實現“靶向活檢”，提高活檢的陽性率，減少活檢時隨意取材。pCLE可以實現對病變浸潤深度更好的判斷。有研究[35]表明，對直腸病變SM2或更深層的浸潤深度判斷，pCLE與WLE和ME-NBI相比有更高的準確性。此外，pCLE對非腺瘤性、腺瘤性和惡性息肉的鑒別相較于NBI有較高的準確性[36]。同時，pCLE可以結合免疫組織化學來顯示結腸黏膜微血管的結構特征，為消化道早癌的診斷提供依據[37]。

8 光學相干斷層成像術

OCT成像原理類似于B超，是將聲波轉化為光波來實現高分辨率實時橫斷面成像，可以展示消化道黏膜及黏膜下層的微觀結構，如腺體形態、隱窩、絨毛、血管等[38-39]，甚至可以顯示細胞核、細胞器等胞內結構[40]。目前，OCT技術在食管早癌的診斷有一定進展。Bouma等[40]最早報道了OCT評估Barrett食管的不典型增生程度并對其進行分級，以指導下一步的治療方案。隨著OCT的研究進展，目前已有三維探針型OCT、頻域光學成像技術(optical frequency-domain imaging，OFDI)、多普勒OCT等技術誕生，通過更詳細地展示病變的血管、腺體結構和功能改變，以早期識別Barrett食管相關的早癌。此外，OCT技術可較為精準評估食管鱗癌的浸潤深度，以制定下一步治療方案。在Hatta等[41]的研究中，OCT技術相比于超聲內鏡(endoscopic ultrasonography，EUS)，可以更好地區分上皮層和固有黏膜層(準確率94.6%vs80.6%)。

OCT技術目前局限性集中在：①穿透深度有限；②描述區域的寬度有限，僅限于4 mm；③對炎癥細胞浸潤和腫瘤侵襲鑒別能力有限[42]。仍待進一步技術革新突破局限性，以更好地輔助消化道早癌篩查。

隨著傳統內鏡成像質量的不斷進步，新類型內鏡技術發展日新月異，不同類型內鏡下病變的診斷標準不停被改寫，消化內鏡對消化道早癌不同維度的評估、診斷手段越來越多，診斷的準確性也愈發提高。對于內鏡醫師來說，診斷“武器”的增多既是優勢也是挑戰，應與時俱進，廣泛了解各類新技術的進展，在臨床工作中，盡可能減少早癌的漏診，更精準、有效地確定消化道早癌的診斷，降低我國消化道惡性腫瘤的經濟負擔。同時也要減少多余的病理活檢，避免過度醫療，以免給患者增加不必要的心理及生理負荷。