談 濤，屈亞威 綜述 劉海峰 審校

綜 述

高分辨率顯微內(nèi)鏡研究與應(yīng)用進(jìn)展

談 濤1，2，屈亞威1綜述 劉海峰1審校

內(nèi)鏡；胃腸鏡；膽道鏡；陰道鏡；高分辨率

醫(yī)用內(nèi)鏡因光纖束柔軟,可以靈活地插入體腔,實現(xiàn)導(dǎo)光和傳像,在醫(yī)學(xué)上具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。普通的光纖內(nèi)鏡可以實現(xiàn)直視下對空腔臟器的實時成像，但因白光的穿透力有限，只能觀察病變的形態(tài)學(xué)變化而不能對病變組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，從而造成早期病變具有較高的漏診率。為了實現(xiàn)在細(xì)胞和亞細(xì)胞水平對病變部位進(jìn)行成像，近年來出現(xiàn)了一種新的成像工具，即高分辨率顯微內(nèi)鏡(high resolution microendoscopy, HRME)。HRME研究展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景，利用HRME成像技術(shù)可以觀察細(xì)胞核的大小、形態(tài)及排列方式，對疾病的早期診斷具有重要的意義[2]。未來將HRME與臨床內(nèi)鏡相結(jié)合將對內(nèi)鏡診斷技術(shù)產(chǎn)生革命性的影響。筆者就光纖成像的原理及HRME在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的研究進(jìn)展做簡要綜述。

1 研究進(jìn)展

1.1 物理特性 光纖，又稱光導(dǎo)纖維，是一種能夠傳導(dǎo)光信號的極細(xì)而柔軟的介質(zhì)。制造光纖的材料有玻璃和塑料等，以其不同的優(yōu)缺點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于生活的各個領(lǐng)域[3]。多成分玻璃光纖因其性能價格比最優(yōu)成為目前最常用的光導(dǎo)纖維，這種靈活的、極細(xì)的光纖非常適合在人體中進(jìn)行顯微成像[4]。光纖一般是由兩層材料做成的，內(nèi)層為纖芯，外層為包層。纖芯的折射率n1較大(約為1.8)，包層的折射率n2較小(約為1.5)。纖芯為光通路，包層由多層反射玻璃纖維構(gòu)成，用來將光線反射到纖芯上，二者之間形成一個良好的光學(xué)界面。光纖的傳輸距離僅受波長的影響，它的衰減率極低。由于光纖采用的是光譜技術(shù)，因此它不會泄露信號，也不會產(chǎn)生干擾信號。

1.2 導(dǎo)光原理 光纖導(dǎo)光, 是指把外部光源的光導(dǎo)入體內(nèi),用于照亮觀察部位[5]。由于纖芯的折射率較大, 光線在纖芯與包層交界面上很容易實現(xiàn)全內(nèi)反射,并在行進(jìn)中發(fā)生第二次全內(nèi)反射,經(jīng)過多次這樣的全內(nèi)反射,光線即可從光纖的一端傳至另一端, 并以與入射角相同的角度從出射端面射出。為了使進(jìn)入光纖的光線不會逸出,一般應(yīng)選擇n1>n2,且差值較大的材料來制造光纖。在實際應(yīng)用中, 柔軟的光纖束均可以彎曲, 這對光纖束的導(dǎo)光和傳像功能基本不會相互產(chǎn)生影響。這一特點(diǎn), 對醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用具有重要意義[6]。

1.3 傳像原理 光纖傳像, 是由光纖特性和結(jié)構(gòu)所決定的[5]。為了利用光纖束傳像, 光纖束必須具備以下條件: (1)在理想情況下,每根光纖都有良好的光學(xué)絕緣,即光纖束中的每一根光纖都能獨(dú)立傳光, 不受周圍光纖的影響。(2)多根光纖兩端必須是相關(guān)排列,一一對應(yīng)，即每根光纖在出射端和入射端的幾何位置的排列應(yīng)完全一致。(3)光纖束的每根光纖的端面都可看作是一個取樣孔, 各自攜帶著一個像元。入射圖像可看作是由許多亮度不同的像元所組成, 光纖束則可看作由若干個取樣孔規(guī)則排列的析像器,它按自己排列的規(guī)律性, 把入射圖像分成和取樣孔數(shù)目相等的像元。每根光纖都通過自己的取樣孔而獨(dú)立地傳遞一個像元。(4)在理想情況下, 光線在光纖出射端的出射角與從光纖入射端的入射角的絕對值相等, 其符號由全內(nèi)反射次數(shù)的奇偶而定。奇數(shù)次符號為正, 偶數(shù)次符號為負(fù)。這一性質(zhì)對傳遞圖像十分有用。以上條件決定了光纖束把一幅圖像從一端傳至另一端時, 保持圖像不變形。例如,入射端圖像是由多個像元組成的“┻”形, 經(jīng)傳像束傳至出射端的圖像仍是相同的“┻”形。

1.4 HRME的成像原理 HRME是一種基于光纖導(dǎo)光和傳像原理而設(shè)計的新興的成像方式。HRME是指將高分辨率光纖與內(nèi)鏡相結(jié)合用于病變的診斷，如胃腸鏡、膽道鏡、陰道鏡和膀胱鏡等。由于普通的白光內(nèi)鏡只能在直視條件下觀察病變的表面結(jié)構(gòu)，輔以特殊的染色技術(shù)也只能觀察到病變的腺管結(jié)構(gòu)和微血管情況而并不能從細(xì)胞和亞細(xì)胞水平觀察疾病的早期細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化，因此早期病變的漏診率較高。

HRME是利用LED激發(fā)光源發(fā)出激發(fā)光經(jīng)過濾光片過濾，形成窄譜段激發(fā)光，經(jīng)過物鏡聚焦后沿高分辨率光纖傳導(dǎo)至已經(jīng)被靶向標(biāo)記的被觀測組織上，從而產(chǎn)生熒光信號。熒光信號通過光纖返回，由物鏡放大，透過二向色鏡將激發(fā)光和熒光分開，從而只將熒光傳導(dǎo)至CCD芯片上進(jìn)行成像，這樣就可以在屏幕上看到被檢組織實時的細(xì)胞學(xué)形態(tài)[7]。

2 應(yīng)用進(jìn)展

近年來，研究者們利用HRME成像技術(shù)對不同組織進(jìn)行了實時成像研究，取得了令人滿意的成像效果。通過利用HRME圖像對病變做出的診斷與普通內(nèi)鏡相比較，表明了HRME對病變診斷的準(zhǔn)確性、特異性均具有明顯的優(yōu)勢。

2.1 子宮頸病變 HRME相對于普通內(nèi)鏡檢查的一個最大優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)細(xì)胞水平的成像，通過對病變組織進(jìn)行成像，可以實時觀察組織的細(xì)胞核的大小、形態(tài)及排列情況，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)早期病變。2012年P(guān)ierce等[8]利用HRME實現(xiàn)了在體細(xì)胞形態(tài)的研究。通過對174例患者的子宮頸不同部位進(jìn)行HRME成像和陰道鏡檢查，并進(jìn)行病理學(xué)檢查。其中陰道鏡檢查有異常表現(xiàn)的69例患者，病理檢查只有12例提示為高度不典型增生病變(CIN2、CIN3)，利用HRME成像的核質(zhì)比定量分析，能夠準(zhǔn)確的區(qū)分出該12例高度不典型增生的病變。而其余57例病理提示正常的組織經(jīng)HRME核質(zhì)比定量分析，有38例為正常組織。所有通過病理檢查為高度不典型增生和HPV DNA檢查為陽性的患者，通過HRME檢查能夠確定為異常組織。該研究表明，對可疑病變行HRME檢查有助于明確病變的性質(zhì)，減少不必要的檢查和治療，從而提高治療方案的效率。

2.2 肝臟和胰腺組織的病變 肝臟和胰腺組織的病變尤其是惡性病變的診斷目前多依靠超聲引導(dǎo)下的細(xì)胞穿刺病理活檢。然而這項技術(shù)受到樣本量和抽樣誤差的影響，并且該技術(shù)難度高，術(shù)后并發(fā)癥多，且穿刺的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高。為了研究一種簡單、并發(fā)癥少、無任何痛苦的診斷方法，2012年Regunathan等[9]通過使用HRME成像技術(shù)來區(qū)別正常組織和腫瘤組織，評估了HRME與超聲內(nèi)鏡引導(dǎo)下細(xì)胞穿刺技術(shù)在診斷肝臟和胰腺病變的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明在使用HRME診斷肝臟病變的準(zhǔn)確性達(dá)到85%，胰腺病變的準(zhǔn)確性達(dá)到了90%，并且HRME與超聲內(nèi)鏡引導(dǎo)下的細(xì)胞穿刺技術(shù)在診斷肝臟和胰腺病變中的差別沒有統(tǒng)計學(xué)意義。該研究表明，HRME可以在肝臟和胰腺組織中實現(xiàn)細(xì)胞水平的實時成像，從而可以區(qū)分惡性組織和正常組織。

2.3 食管病變 2014年Vila等[10]使用HRME用來評估Barrett’s相關(guān)腫瘤的準(zhǔn)確性和可信度，前瞻性地觀察了28例接受監(jiān)測的化生和低度不典型增生和(或)評估為高度異型增生或癌癥的40份HRME圖像。所有的內(nèi)鏡醫(yī)師進(jìn)行鑒定的高度異型增生或癌癥的敏感性為0.90(95%CI：0.88～0.92)，特異性為0.82(95%CI：0.79～0.85)。陽性和陰性預(yù)測值分別為0.72(95%CI：0.68～0.77)和0.94(95%CI：0.92～0.96)。統(tǒng)計所有評估者為0.56(95%CI：0.54～0.58)，各組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P為0.64與0.55)。研究數(shù)據(jù)表明，HRME的圖像對診斷Barrett’s相關(guān)的腫瘤形成具有高敏感性和特異性。利用HRME可以較好地對Barrett’s相關(guān)的腫瘤進(jìn)行診斷，并且漏診率要低于普通胃鏡。

2.4 大腸息肉 近年來，大腸息肉的發(fā)病率越來越高，并且大腸息肉有癌變的可能。目前對大腸息肉的診斷主要通過結(jié)腸鏡檢查，然而普通的結(jié)腸鏡檢查并不能很好的區(qū)分息肉的類型，還得需要病理學(xué)檢查來確定，而病理檢查需要經(jīng)過包埋、切片、染色等一系列復(fù)雜的過程，時間較長，進(jìn)而對個體化治療造成影響。2014年P(guān)arikh等[11]通過以組織病理學(xué)為金標(biāo)準(zhǔn)比較了高清白光內(nèi)窺鏡(white light endoscopy,WLE)和HRME在體內(nèi)診斷腫瘤性和非腫瘤性大腸息肉準(zhǔn)確性的研究。將171份息肉樣本通過HRME成像并歸類于腫瘤性(腺瘤、癌)和非腫瘤性(正常、增生性或炎性)。結(jié)果表明HRME在診斷腫瘤性大腸息肉中有更高的準(zhǔn)確性(94%)，特異度(95%)和陽性預(yù)測值(PPV，87%)，而WLE診斷腫瘤性息肉的準(zhǔn)確性、特異度和陽性預(yù)測值分別為65%、39%和55%。對于較小的大腸息肉(直徑小于10 mm)，HRME明顯優(yōu)于WLE，其準(zhǔn)確性為95%對64%，特異度為98%對40%，PPV為92%對55%。對于評價平坦型息肉(小于5 mm)時，這種優(yōu)勢更為明顯，HRME的準(zhǔn)確性(95%)，特異度(98%)，和PPV(93%)均大于WLE(62%，41%和53 %)。研究表明，HRME可以是一個非常有效的區(qū)分腫瘤性和非腫瘤性大腸息肉的成像方法。臨床上通過普通白光內(nèi)鏡進(jìn)行檢查息肉，然后使用HRME對息肉進(jìn)行定性分類，可以很好地明確病變的組織學(xué)類型，以及確定哪些息肉病變是不需要過多干預(yù)的而哪些息肉病變是需要組織病理學(xué)進(jìn)行進(jìn)一步定性的。

綜上所述，HRME成像系統(tǒng)與普通的內(nèi)鏡成像系統(tǒng)相比具有分辨率高、操作簡單、圖像清晰，以及即時組織病理學(xué)成像等優(yōu)勢[12-14]。臨床應(yīng)用前的研究已經(jīng)得到了很好的證實，未來將HRME與臨床內(nèi)鏡結(jié)合將會更好的服務(wù)臨床。然而，造影劑缺乏限制了該成像系統(tǒng)的臨床應(yīng)用。迫切需要一種無毒的、低成本、能夠快速在體內(nèi)代謝的特異性強(qiáng)的造影劑，如何研制出這種符合臨床需要的造影劑將是未來的研究熱點(diǎn)。

目前，HRME研究尚處于臨床應(yīng)用前的起步階段，盡管已經(jīng)展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景，但尚存在一些不足，如對疾病的診斷缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、光路的設(shè)計還需進(jìn)一步簡化以及非專業(yè)人員不能準(zhǔn)確的讀片等?？傊琀RME系統(tǒng)作為一種新興的成像工具，能夠?qū)M織進(jìn)行實時病理學(xué)成像，并且具有較高的敏感性和特異性。

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(2014-07-20收稿 2014-08-19修回)

(責(zé)任編輯 武建虎)

首都臨床特色應(yīng)用研究(編號Z141107002514099)

談 濤，碩士研究生，E-mail：895743457@qq.com

1.230032合肥，安徽醫(yī)科大學(xué)；2.100039北京，武警總醫(yī)院消化內(nèi)科

劉海峰，E-mail：haifengliu333@163.com

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