作者單位：100039北京，武警總醫(yī)院消化科

消化內(nèi)鏡分子影像學(xué)技術(shù)新進展

劉海峰，屈亞威

【關(guān)鍵詞】消化內(nèi)鏡；分子影像學(xué)

作者簡介：劉海峰，博士，主任醫(yī)師，E-mail：haifengliu333@163.com

基金項目：北京市自然科學(xué)基金(7132171)

作者簡介：王寰, 碩士，醫(yī)師，E-mail :wh1005@126.com

【中國圖書分類號】R573.3

白光內(nèi)鏡是消化道黏膜形態(tài)學(xué)改變直視化檢查的突破性進展。目前，消化道早癌診斷模式正是基于白光內(nèi)鏡直視觀察病變及病變組織病理定性，但由于多數(shù)早癌形態(tài)特征不明顯，這種模式易造成漏診；此外，病變活檢定位缺乏準(zhǔn)確性也是造成漏診的另一個主要原因。近年研究表明，特殊光內(nèi)鏡聯(lián)合放大內(nèi)鏡對早癌診斷有較高的價值，還可判斷早癌的邊界與浸潤深度，但漏診率仍在20%以上[1，2]。如何實現(xiàn)內(nèi)鏡下更早、更準(zhǔn)確地診斷早癌？分子影像學(xué)的發(fā)展提供了這種可能性。因為分子影像學(xué)有以下特點：(1)在細(xì)胞和分子水平對體內(nèi)的生物過程進行可視化觀察，而不是觀察分子改變的最終效應(yīng)——結(jié)構(gòu)改變；(2)通過靶向探針與特定分子結(jié)合實現(xiàn)實時、定量的功能成像。將分子成像技術(shù)的優(yōu)勢與消化內(nèi)鏡的形態(tài)學(xué)直視化成像融合，從而形成了一門交叉的新學(xué)科——內(nèi)鏡分子影像學(xué)，其衍生的消化內(nèi)鏡分子成像技術(shù)將成為消化道腫瘤早期診斷的有效方法。

1　自體熒光內(nèi)鏡

理論上，只要分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，自體熒光就會發(fā)生特征性改變。病變組織與正常組織熒光光譜特征性差異，是自體熒光內(nèi)鏡(autofluorescence endoscopy ，AFI)診斷的理論基礎(chǔ)[3，4]。AFI的優(yōu)勢在于使用自身熒光物質(zhì)進行分子成像，不會出現(xiàn)藥物不良反應(yīng)，安全性高。自20世紀(jì)90年代AFI問世以來，經(jīng)過多年的發(fā)展，已被廣泛應(yīng)用于消化道病變的檢查。AFI診斷直徑大于20 mm的食管鱗狀細(xì)胞癌病變價值高于窄帶成像技術(shù)(narrow band imaging，NBI)[5]。AFI診斷平坦型早期胃癌準(zhǔn)確率達80%，還可判斷早期胃癌的類型。有研究表明，AFI也用于大腸癌前病變的篩查，其鑒別結(jié)腸癌和腺瘤的敏感性和特異性分別為84.6%和80.0%[6]。采用自體熒光成像和熒光強度定量的方法可區(qū)分結(jié)腸上皮內(nèi)瘤變的等級[7]，如研究發(fā)現(xiàn)通過熒光素鈉增強自體熒光成像，可以提高AFI對腺瘤與增生性息肉診斷的準(zhǔn)確性[8]。

值得注意的是，某些情況下AFI難以準(zhǔn)確區(qū)別炎性反應(yīng)和腫瘤性病變。當(dāng)炎性反應(yīng)較重時黏膜明顯增厚，大部分激發(fā)光不能穿透黏膜層到達膠原含量豐富的黏膜下層，因而熒光較弱，出現(xiàn)類似癌組織的光譜特征，以致該技術(shù)假陽性率較高[9]。

2　拉曼光譜內(nèi)鏡

拉曼光譜以物質(zhì)特定的分子振動光譜來識別和區(qū)分不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，有較高的分子特異性，可通過探查病變部位的拉曼光譜特征進行定性診斷。自2000年首次與消化內(nèi)鏡結(jié)合，用于胃腸道病變的定性診斷，迅速成為內(nèi)鏡分子成像技術(shù)的研究熱點之一。拉曼光譜內(nèi)鏡(raman spectroscopy endoscopy，RSE)區(qū)分胃良、惡性潰瘍病灶的靈敏度和特異性均可達90%以上[10]，也可鑒別診斷胃的異型增生和正常組織[11]。有研究表明，RSE可以觀察結(jié)腸癌組織中分子的構(gòu)成及其脂類、蛋白質(zhì)、黏液和膠原的分布[12]，診斷結(jié)腸腺瘤與增生性息肉的敏感度達91%，特異度達95%[13]。

現(xiàn)有RSE技術(shù)主要有三個方面的缺點：(1)組織固有拉曼信號較微弱，難以獲得拉曼光譜；(2)掃描速度相對緩慢；(3)缺乏客觀的光譜數(shù)值分析軟件等。技術(shù)的不斷完善和多種拉曼探針的研發(fā)與應(yīng)用為克服以上缺點提供了新的途徑。2012年開發(fā)的全自動實時拉曼光譜分析系統(tǒng)，不但提高了掃描速度，而且可同時進行信號處理分析，對胃癌檢測準(zhǔn)確性達85.6%，特異性達86.2%[14]。

3　熒光分子成像

熒光分子成像(fluorescent luminescence imaging，F(xiàn)LI)開創(chuàng)了活體水平的無創(chuàng)、實時、高靈敏度的特異性檢測腫瘤病灶的新途徑，并被廣泛應(yīng)用于多種腫瘤研究，檢測靈敏度達毫米級。有研究發(fā)現(xiàn)，采用由組織蛋白酶B激活的酶活化近紅外熒光分子探針進行結(jié)腸癌熒光分子成像，靜脈注射探針24 h后結(jié)腸癌病灶區(qū)域有很強的信號[15]。Elizabeth等[16]使用熒光標(biāo)記的凝集素對從Barrett食管到食管腺癌細(xì)胞表面多聚糖的變化進行靶向成像，發(fā)現(xiàn)多聚糖表達量逐漸增高。γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶在結(jié)腸癌細(xì)胞中高表達并可催化酶活化探針gGlu-HMRG發(fā)出熒光，局部噴灑探針5 min時即可探查到直徑<1 mm的病灶[17]。

但目前使用的多數(shù)熒光造影劑不能明確其藥理毒性，因而FLI現(xiàn)階段主要停留在動物模型研究階段，研發(fā)靶向性強的、臨床可用的熒光分子探針將是未來的研究熱點。

4　契倫科夫光分子成像

契倫科夫光分子成像(cerenkov luminescence imaging ，CLI)使用與PET相同的核素探針進行成像，實現(xiàn)了放射性核素自發(fā)熒光成像，拓展了光學(xué)分子成像的探針選擇范圍，克服了熒光分子成像探針毒性問題，為分子成像的臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用開辟了新的研究方向。自2009年Robertson等[20]首次成功對尾靜脈注射18F-氟代脫氧葡萄糖(18F-FDG)的荷瘤小鼠進行了CLI成像以來，迅速成為新的研究熱點，在腫瘤檢測、藥物療效評估、新藥研發(fā)等多個生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景[21-23]。2013年Spinelli等[25]成功利用契倫科夫光對人體甲狀腺進行顯像，首次實現(xiàn)了CLI的人體研究；2014年Thorek等[26]應(yīng)用CLI對攝取18F-FDG的腋窩淋巴結(jié)進行顯像，顯像結(jié)果與PET成像具有很好的一致性。但CLI信號弱，組織穿透性有限，目前僅適用于對體表組織進行成像。

然而，胃腸道是天然的暗室，借助內(nèi)窺式契倫科夫成像模式可以實現(xiàn)胃腸道等深部組織的局部契倫科夫光成像。2012年，Kothapalli等[27]首次搭建了由內(nèi)鏡、光學(xué)成像透鏡、CCD相機組成的仿真內(nèi)窺成像系統(tǒng)并進行了小動物活體成像。隨后，Liu等[28]將光纖與CCD相機耦合，模擬腹腔鏡下引導(dǎo)裸鼠移植瘤切除。2014年，Cao等[29]結(jié)合纖維胃鏡進一步改進了內(nèi)窺式契倫科夫光成像系統(tǒng)，提高了內(nèi)窺式CLI系統(tǒng)對白光和契倫科夫光的分辨率。

但由于契倫科夫光信號弱，成像曝光時間長，經(jīng)過內(nèi)窺光路傳導(dǎo)后信號進一步衰減，成為限制契倫科夫內(nèi)窺成像臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用的瓶頸問題。為此國內(nèi)外學(xué)者從兩個方向開展深入研究：(1)降低光路傳導(dǎo)過程中信號衰減，即設(shè)計更合理的光路，選擇光損率更小的光纖，選用靈敏度更高的CCD相機；(2)增強光學(xué)信號強度，即基于契倫科夫光能量轉(zhuǎn)移成像、契倫科夫光二次激發(fā)熒光成像等技術(shù)的核素?zé)晒獬上瘢鰪娦盘枏姸?，提高信號的組織穿透性，為核素光學(xué)成像的生物在體應(yīng)用探索了新方向[31-35]。

5　光相干斷層成像

光相干斷層成像(optical coherence tomography，OCT)的成像原理在于組織的不同光反射性質(zhì)，其斷層圖像與B超相似，但分辨率為B型超聲的10～25倍。目前OCT主要用于Barrett食管及其并發(fā)的異型增生和早期腺癌的診斷，敏感性和特異性分別為83%和75%[36]。在膽總管和主胰管腫瘤性和非腫瘤性疾病的診斷和鑒別診斷方面也有一定價值[37]。

在胃內(nèi)成像時，OCT球囊難以緊貼胃壁；在腸道內(nèi)其球囊會壓迫腸壁使絨毛結(jié)構(gòu)顯示不清。因而限制了該項技術(shù)在胃腸道中的應(yīng)用。

6　激光共聚焦顯微內(nèi)鏡

激光共聚焦顯微內(nèi)鏡(confocal laser endomicroscopy，CLE)通過放大的方式對黏膜層的細(xì)胞及亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)實現(xiàn)實時觀察，可對病灶準(zhǔn)確定位，提高內(nèi)鏡下病灶活檢準(zhǔn)確性。CLE可引導(dǎo)實施EMR/ESD，提高切除成功率，并可監(jiān)測EMR/ESD術(shù)后切緣[40]。CLE聯(lián)合色素內(nèi)鏡檢測潰瘍性結(jié)腸炎及上皮內(nèi)瘤變，陽性率提高4.75倍，活檢量減少50%[41]。

近年來，結(jié)合特異性熒光靶向探針的CLE成像診斷準(zhǔn)確性、特異性明顯提高。2008年，Hsiung等[42]使用一種由熒光標(biāo)記的序列為 “VRPMPLQ”的縮氨酸局部噴灑后，行CLE對腺瘤隱窩進行細(xì)胞水平的靶向成像，開辟了CLE靶向熒光顯微成像的新方向。Liu等[43]采用CLE聯(lián)合靶向表皮生長因子受體的熒光探針，可更準(zhǔn)確地界定病變位置。上述研究雖然處于離體研究階段，但展現(xiàn)了CLE靶向分子成像的良好應(yīng)用前景，成為新的研究熱點。

7　高分辨率光纖顯微內(nèi)鏡

高分辨率光纖顯微內(nèi)鏡(high resolution microscopic endomicroscopy ，HRME)是近年新興的一種內(nèi)窺顯微分子成像技術(shù)，通過激發(fā)噴灑在組織上的熒光造影劑而成像。目前，常用的熒光造影劑鹽酸吖啶黃可與細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的DNA、RNA結(jié)合而染色，受到波長445 nm的激發(fā)光照射后，可以發(fā)射出波長515 nm的熒光。2007年，Rajesh等[44]對裸鼠在體中分化鱗癌移植瘤進行了成像研究，首次證實HRME實現(xiàn)在體顯微組織學(xué)成像的可行性；2010年，Dongsuk等[45]通過該系統(tǒng)對外科手術(shù)口腔鱗狀細(xì)胞癌的標(biāo)本進行成像，表明HRME可以實現(xiàn)術(shù)中切緣的判定；Mary等[46]使用 HRME觀察到正常宮頸上皮細(xì)胞與宮頸癌組織的差異，首次實現(xiàn)了人體在體HRME成像；2014年Neil等[47]首次將該項技術(shù)與腸鏡結(jié)合，表明該項技術(shù)可較準(zhǔn)確區(qū)分腺瘤性與增生性息肉。

目前，雖然HRME尚處于探索研究階段，相信通過系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，以及圖像定量分析軟件的研發(fā)等技術(shù)升級措施，一定能實現(xiàn)與內(nèi)鏡的有機結(jié)合，從而為內(nèi)鏡下的即時組織病理成像開創(chuàng)新的領(lǐng)域。

8　展　　望

概括起來，消化內(nèi)鏡分子成像技術(shù)分為，大視野熒光靶向成像與高分辨率顯微組織成像兩類。這些技術(shù)的應(yīng)用初步實現(xiàn)了即時組織病理成像與特異性功能成像，將對病灶的探查能力由原有的組織結(jié)構(gòu)水平提高到分子功能水平，提高了早癌的檢出率，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。但真正實現(xiàn)分子成像技術(shù)的消化內(nèi)鏡臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用，還有以下關(guān)鍵點需要突破：(1)研發(fā)適用于不同分子成像技術(shù)的低毒性、高特異性分子探針；(2)研發(fā)簡便、靈敏的多模式內(nèi)窺分子成像設(shè)備。未來的內(nèi)鏡應(yīng)包括3種成像模式：高清晰度的特殊光內(nèi)鏡系統(tǒng)提供解剖學(xué)信息；基于靶向探針的分子影像探測系統(tǒng)特異性定位可疑病灶；高分辨率內(nèi)鏡顯示細(xì)胞、亞細(xì)胞形態(tài)變化，提供“光學(xué)活檢”。 隨著特異性更高、更安全的分子探針及新型成像設(shè)備的研發(fā)，分子成像將會極大地影響未來消化內(nèi)鏡的診斷和個性化治療方式的優(yōu)化選擇。隨著其他領(lǐng)域分子成像探針在內(nèi)鏡領(lǐng)域的應(yīng)用，實現(xiàn)疾病的實時多模態(tài)診斷，這將會對疾病的診斷模式產(chǎn)生深遠的影響。

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(2015-01-11收稿2015-03-01修回)

(責(zé)任編輯尤偉杰)