消化道早癌内镜成像技术的研究进展

杨 怿 李 雪 程 芮 陈 炜 陈楚岩 张澍田

(首都医科大学附属北京友谊医院消化分中心，北京 100050)

在世界范围内，消化道恶性肿瘤属于较为常见的一类癌症，食管癌、胃癌、结肠癌等有较高的发病率，均位列于全世界癌症死亡的主要病因[1]。消化内镜的早期筛查已成为预防消化道早癌向进展期癌症发展的重要手段，在深层浸润及淋巴结转移之前发现消化道早癌并进行干预是改善患者预后的关键。

白光内镜(white light endoscopy，WLE)是目前最常用的内镜检查技术，观察显著的黏膜异常尚可，如结节样、隆起或凹陷样病变，对黏膜的轻度不规则或色泽异常等改变容易漏诊，故对早癌的筛查存在局限性。有报道[2]称除日本外的其他国家，仅有10%胃癌可以在早期阶段发现。近些年来，内镜技术发展迅速，在WLE的基础上，相继出现了高清白光内镜(high-definition white light endoscopy，HD-WLE)、放大内镜(magnification endoscope, ME)、色素内镜(chromoendoscopy，CE)、电子色素内镜、共聚焦激光显微内镜(confocal laser endomicroscopy，CLE)、细胞内镜(endocytoscopy，EC)、光学相干断层成像术(optical coherence tomography，OCT)等新技术，并逐渐应用于临床之中，为消化道早癌的筛查、诊断和分级提供了帮助。

1 高清白光内镜

HD-WLE在标准WLE基础上大幅度提高像素密度，从10万至40万像素提升至100万像素级别，高质量的成像可以展示出消化道黏膜的更多细节[3]，更有助于消化道早癌的初步观察。相较于WLE，HD-WLE可以显著提升结肠镜下腺瘤的检出率[4-5]。有荟萃分析[6]显示，HD-WLE相比于电子色素内镜，在炎症性肠炎(inflammatory bowel disease, IBD)患者中对腺瘤的检出率上不处于劣势。目前，HD-WLE已广泛应用于临床，并且可以和其他内镜新技术相结合使用，带来更清晰的成像，更好地辅助内镜医师对消化道早癌进行筛查，降低遗漏率。

2 放大内镜

ME在器械远端存在一个透镜系统，对消化道黏膜的观察可以实现6倍至150倍的光学变焦，而不是简单的数码变焦，可实现放大成像的同时并不会牺牲像素密度和图像质量。在使用过程中，通常和电子色素内镜联合使用，可实现对消化道黏膜的微表面及微血管样式的定性描述，甚至“光学活检”，从而实现对消化道早癌的评估。目前，放大内镜对消化道早癌的边界及浸润深度的评估已在临床广泛开展。有研究[7]显示，放大内镜联合窄带成像技术(narrow band imaging，NBI)可显著提高胃癌的活检阳性率，同时有效降低活检比例。

3 色素内镜

消化道早癌等病变和正常黏膜组织在WLE下有时难以区分，研究者希望利用染料着色消化道黏膜来提高对比度，以更好地区分正常组织和病变部位，CE应运而生。虽然已有研究[8]指出电子色素内镜的结果已经可以取代传统染料色素内镜，但传统CE具有简易、便利的优点，对设备要求低，易于基层医院开展，便于广泛开展消化道早癌筛查。

根据作用机制的不同，可以将常用染料分为三类：①吸收性染料：Lugol’s碘液、亚甲蓝和结晶紫、醋酸；②非吸收性染料：靛胭脂；③反应性染料：刚果红、酚红。Lugol’s碘液适合鳞状上皮着色，通常被用于食管病变的染色，可辅助食管早癌筛查。亚甲蓝可以染肠道上皮细胞、肠化上皮细胞等，可用于Barrett食管、胃早癌、结直肠不典型增生病变的判断。醋酸可以改变细胞内蛋白三级结构从而改变上皮细胞特性，进而改变光学性质，Colleta等[9]的Meta分析结果示醋酸染色对Barrett食管患者的早癌检出率较高，对食管高级别不典型增生和食管腺癌的鉴别的敏感度和特异度分别为92%和96%。靛胭脂不会被上皮细胞吸收，可以渗透于消化道黏膜的缝隙之间，更好地展示病变细节。刚果红、酚红通过引起化学反应而实现颜色改变，目前在消化道早癌筛查中应用有限。

色素内镜在早癌筛查中存在一定的局限性。局部的染料过度或过少染色可能会影响内镜诊断的准确性。同时对肠道准备要求相对较高，易受残留粪便影响。此外，食管碘染可引起食管黏膜的炎症，导致患者上消化道不适感。

4 电子色素内镜

色素内镜使用的染料通常需要一定的染色时间，并且可能会有一定不良反应，而电子色素内镜的诞生，减少了内镜的操作时长和对患者不必要的损伤。

4.1 窄带成像技术

NBI目前是临床上最为广泛应用的电子染色内镜技术，通过窄带滤波器技术，只保留波长为415 nm的蓝光及540 nm的绿光进行成像。在对消化道黏膜的观察中，可以清晰地观察到微血管网及微结构。针对肠上皮化生，相比于WLE下的随机活检，NBI引导下的靶向活检可以实现更低的活检频率和活检阳性率[10]。目前NBI和放大内镜的结合使用(ME-NBI)受到广泛青睐，在内镜下实时的“光学活检”可以辅助内镜医师判断病变是否存在不典型增生。Singh等[11]确定了简化亚太Barrett联盟分类标准，基于此标准NBI对Barrett食管患者高级别不典型增生的诊断的敏感度和特异度达到了90%和99%，对于食管早癌的筛查具有重要意义。由于食管鳞状上皮缺乏黏膜轮廓，NBI对于微血管网结构的高对比度展示在食管鳞癌(esophageal squamous cell carcinoma，ESCC)的分期中有指导意义。ME-NBI可以实现对食管上皮乳头内毛细血管袢(IPCL)进行观察和描述，内镜医师可以判断肿瘤的进展程度及浸润深度，对于早期ESCC的诊断及治疗均有重要的指导意义[12]。ME-NBI应用于胃早癌的诊断亦取得一定进展。2016年Muto等[13]提出基于ME-NBI的胃早癌的简单诊断标准，易于临床应用。Horii等[14]的研究结果显示，ME-NBI对于胃早癌边界的判定有较高的准确性，活检病理阴性率达96.7%。最近一项荟萃分析[15]显示，ME-NBI对胃早癌的诊断准确性明显高于WLE及ME-WLE。综上，NBI技术在消化道早癌的诊断中处于非常重要的战略位置。

4.2 蓝激光成像(blue laser imaging，BLI)

BLI属于较新的电子色素内镜技术，其成像结合了白光光源和窄带激光光源，弥补了NBI及内镜智能分光比色技术(flexible spectral imaging color enhancement，FICE)等其他内镜技术的弱点。共有4种成像模式，分别为WLI、BLI、BLI-light、LCI，可以在不同模式之间切换，对病灶更全面地观察以明确诊断[16]。相比于NBI，BLI增加了白光，提升了观察区域亮度，更有助于观察IPCL，便于食管早癌的诊断[17]。BLI和放大内镜(ME-BLI)的联合应用在胃早癌的诊断中也取得了一定进展，ME-BLI及ME-BLI-bright相比于ME-NBI可以实现对微血管和微结构同等准确性的评估[18]，从而实现对病变的初步诊断和浸润深度的判断。BLI相较于NBI可以更好地显示隐窝结构，提示BLI有潜在的胃早癌诊断优势[19]。BLI目前尚处于发展阶段，部分研究纳入患者例数有限，仍需大规模研究证实其在消化道早癌中的诊断价值。

4.3 内镜智能分光比色技术

FICE可以捕捉不同波长的光进行成像，并根据波长的不同组合进行重组后虚拟成像，实现在WLE相同吸光度的基础上，提供更高对比度的成像，可以较好地观察黏膜血管及微结构。Li等[20]的研究显示，食管中白斑的发现可能与食管鳞癌相关，一旦发现碘染筛查食管癌或癌前病变。FICE观察到的淡色区域与白光内镜下的白斑表现呈高度一致性，且淡色区域边缘较清晰、亮度高，相比于白斑有更高的检出率，更有助于食管早癌的筛查。Yokoyama等[21]发现，相比于传统白光内镜，FICE联合超薄白光内镜可以在患者开销更少及恢复时间更短的基础上，对早期胃癌拥有更高的诊断准确性。FICE联合放大内镜(FICE-ME)亦可实现“光学活检”，对早期胃癌的诊断准确性相较于单纯应用放大内镜更高。Zago等[22]的研究显示，FICE-ME对结直肠肿瘤性息肉的诊断有较高的敏感度和特异度，基于FICE-ME的光学活检对结直肠息肉切除术后复查间隔时间的预测与基于病理组织学的预测呈高度一致，达到89.7%。FICE在消化道早癌诊断方面有一定的应用前景，尚需更多研究来证实。

4.4 i-Scan技术

i-Scan技术属于新型电子色素内镜技术，具有3种光学后处理模式，分别为表面增强、对比增强、色调增强，可以较为清晰地展示黏膜微结构、血管形态、病灶边界等。Lipman等[23]的研究显示，i-Scan联合放大内镜，与醋酸染色相结合，可以更高效地检出Barrett食管中的异型增生，在食管早癌的筛查中存在潜在价值。对肿瘤性或非肿瘤性结直肠病变的鉴别，i-Scan相较于HD-WLE有着更高的准确性，但是在结直肠腺瘤检出或避免漏诊方面，i-Scan并无优势[24]。近期有研究[25]表明，i-Scan对10～50 mm结肠息肉的组织学预测能力和NBI相当。相比于NBI技术，i-Scan技术有针对食管、胃、结肠的多种模式，对消化道早癌的筛查存在潜在优势，但目前i-Scan在早癌诊断方面的研究相当有限，仍待进一步研究。

5 自体荧光内镜(autofluorescence imaging，AFI)

AFI是利用不同类型组织荧光发射的差异来实现鉴别组织类型。当组织暴露于短波长光时，内生荧光团可被激发成长波长的光(即自身荧光)，正常黏膜组织和肿瘤性病变有着不同的自身荧光特性[26]。

有研究[26]显示，在Barrett食管的诊断中，相比于传统食管四象限活检，AFI引导下活检可以提升肿瘤诊断准确率。近期AFI联合HD-WLE和NBI所组成的“三模成像技术”已经被用来鉴别不典型Barrett食管表现，协助Barrett食管中良性肿瘤的内镜下黏膜切除术(endoscopic mucosal resection，EMR)[27-28]。遗憾的是，在食管中单独应用AFI对不典型增生病变的检出率相比于WLE并没有明显提升，并且有较高的假阳性率。

相比于正常结肠黏膜组织，结肠肿瘤的自身荧光密度通常是降低的，可能与胶原含量下降相关。单独使用AFI相比于WLE，并不能有效提高结肠的腺瘤诊断准确性[29]。相比于WLE，AFI在筛查腺瘤方面更加高效，但是AFI相比于HD-WLE并没有明显优势[30]。目前在消化道早癌的筛查中，AFI的应用更依赖与HD-WLE及NBI的结合，而不是单独应用。

6 细胞内镜

普通放大内镜的光学放大倍数可以达到170倍，当放大倍数达到数百倍后，即可接近实时“光学显微”效果。EC是在放大内镜的基础上发展而来，具有极高的分辨率及放大能力，结合亚甲蓝和结晶紫双染色，可展示出正常黏膜和病变的组织间差异，甚至可分辨细胞质及细胞核结构差异，使得实时细胞水平的内镜下观察成为可能。在操作过程中，要求内镜前端与组织表面接触。目前，最新一代细胞内镜可以实现520倍连续光学变焦[31]。

食管的鳞状上皮较适合染色，故适合用EC进行评估。而胃的黏膜分泌功能较强且无类似肠上皮的吸收功能，染色的难度较大，得到满意的EC成像有一定难度。目前已有关于食管及结肠病变的EC分类标准，用于区分非肿瘤性病变、腺瘤/上皮内瘤变、恶性肿瘤，但尚未达成一致意见。EC的定性诊断准确率非常高，Utsumi等[32]研究显示，EC对于小于5 mm的肿瘤及非肿瘤新生物鉴别的准确率高达96.8%。EC对结肠早癌的浸润深度的判断亦有较高的准确性，Kudo等[33]最新的报道显示，EC对病变深层黏膜下浸润程度评估的准确率可达到95.7%。

目前，人工智能辅助EC对病变性质及浸润深度的诊断已取得一定进展，其鉴别诊断能力可以和内镜专家相媲美[34]。EC相关研究大多在日本进行，尚未在世界范围内普及。EC在我国的应用较少，其内镜成像已相当接近组织活检水平，同时对病变深度判断的准确性较高，对消化道早癌的诊断价值值得期待。

7 共聚焦激光显微内镜

共聚焦是指点光源发射探测光通过透镜被发射到观测物体，如物体恰好在焦点上，则反射光可通过透镜返回焦点，这种现象为共聚焦。CLE利用共聚焦原理，通过技术处理将反射光折向其他方向，去除非焦点平面散射光，进而实现焦点平面细胞层面的成像，具有良好的空间分辨率。CLE也是一种实现“光学活检”手段。临床中常用两类CLE，分别为整合式共聚焦显微内镜(endoscope-integrated CLE，eCLE)和探头式共聚焦显微内镜(probe-based CLE，pCLE)，后者临床应用较为广泛。

CLE在早癌诊断中，不仅可以实现“光学活检”，提供内镜下的初步印象，还可以实现“靶向活检”，提高活检的阳性率，减少活检时随意取材。pCLE可以实现对病变浸润深度更好的判断。有研究[35]表明，对直肠病变SM2或更深层的浸润深度判断，pCLE与WLE和ME-NBI相比有更高的准确性。此外，pCLE对非腺瘤性、腺瘤性和恶性息肉的鉴别相较于NBI有较高的准确性[36]。同时，pCLE可以结合免疫组织化学来显示结肠黏膜微血管的结构特征，为消化道早癌的诊断提供依据[37]。

8 光学相干断层成像术

OCT成像原理类似于B超，是将声波转化为光波来实现高分辨率实时横断面成像，可以展示消化道黏膜及黏膜下层的微观结构，如腺体形态、隐窝、绒毛、血管等[38-39]，甚至可以显示细胞核、细胞器等胞内结构[40]。目前，OCT技术在食管早癌的诊断有一定进展。Bouma等[40]最早报道了OCT评估Barrett食管的不典型增生程度并对其进行分级，以指导下一步的治疗方案。随着OCT的研究进展，目前已有三维探针型OCT、频域光学成像技术(optical frequency-domain imaging，OFDI)、多普勒OCT等技术诞生，通过更详细地展示病变的血管、腺体结构和功能改变，以早期识别Barrett食管相关的早癌。此外，OCT技术可较为精准评估食管鳞癌的浸润深度，以制定下一步治疗方案。在Hatta等[41]的研究中，OCT技术相比于超声内镜(endoscopic ultrasonography，EUS)，可以更好地区分上皮层和固有黏膜层(准确率94.6%vs80.6%)。

OCT技术目前局限性集中在：①穿透深度有限；②描述区域的宽度有限，仅限于4 mm；③对炎症细胞浸润和肿瘤侵袭鉴别能力有限[42]。仍待进一步技术革新突破局限性，以更好地辅助消化道早癌筛查。

随着传统内镜成像质量的不断进步，新类型内镜技术发展日新月异，不同类型内镜下病变的诊断标准不停被改写，消化内镜对消化道早癌不同维度的评估、诊断手段越来越多，诊断的准确性也愈发提高。对于内镜医师来说，诊断“武器”的增多既是优势也是挑战，应与时俱进，广泛了解各类新技术的进展，在临床工作中，尽可能减少早癌的漏诊，更精准、有效地确定消化道早癌的诊断，降低我国消化道恶性肿瘤的经济负担。同时也要减少多余的病理活检，避免过度医疗，以免给患者增加不必要的心理及生理负荷。