大显神通的胃肠道肿瘤多模式内镜成像技术

2017-08-09 12:07 来源:丁香园 作者:jiasuli
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多模式内镜成像技术(multimodal endoscopy imaging)包括高清内镜、虚拟染色内镜、自体荧光内镜、共聚焦显微内镜及光学相干断层成像技术等,是内镜监测检出胃肠道早期病变如异型增生或黏膜内癌的有效手段。可检测出常规内镜发现不了的黏膜异常,主要分为一般性检测和针对性成像及特性描述,后者可对感兴趣的区域详细观察并进行组织学评估。

就此,来自德国美因茨医科大学的 Arthur Hoffman 等人综述了新兴内镜成像技术及其在早期胃肠肿瘤中的应用进展,发表在近期的 Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology 杂志上。

高清内镜(High-definition endoscopy)

白光内镜可逼真描述胃肠粘膜,是当前内镜的标准模式,其可视化质量取决于分辨率和放大率功能。而分辨率和图像质量又取决于其物镜质量和感光元件(CCD)的像素密度。标清内镜图像只有~40 万像素,而高清内镜所使用的 CCD 芯片像素在 85 万~>100 万,且其放大功能并不影响图像分辨率。高清内镜目前被广泛使用并已成为临床标准检查手段。

染色内镜(Chromoendoscopy)

染色内镜或在体染色是一种可突出粘膜结构细节的染料喷洒技术。对比(如靛胭脂)或可吸收性(亚甲蓝)染料喷洒到粘膜表面以突出异常区域和显示平坦的表现细微的病变。而虚拟染色内镜,只要按一下按钮,就可获得与在体染色同样的效果。

常规白光内镜采用全部可见波长(390~700nm)产生红-绿-蓝图像,相反,窄带成像技术(NBI)采用特殊的过滤器使各红-绿-蓝带变窄,同时增加蓝带的相对强度,通过粘膜微血管内血红蛋白光学吸收差别以凸显组织的微血管结构,较暗的图像代表该处毛细血管网血红素丰富部分。在评估癌前病变早期阶段血管生成情况时,NBI 可显示其血管形态与正常粘膜背景明显不同。

此外,利用数字化过滤器,粘膜反射回来的白光可经由专门的软件处理后转换成不同形式的增强,以强化血管形态、表面结构及可视化模式等。如高清智能电子染色内镜 i-scan、智能色素增强系统 FICE 和超高清 SPIES 等成像系统。

虚拟染色内镜与传统染色内镜的差别在于:标准图像可被转换成增强图像,按钮一按又可转回白光图像,且省掉了费劲和喷洒不均匀的对比剂的使用。

自体荧光成像(Autofluorescence imaging,AFI)

AFI 通过特殊的短波长光引起较长波长荧光的发射,可发现组织的细微变化。最常用的靶标是胶原蛋白。自体荧光系统发现胃肠道异常表现大多数依赖于异型增生组织内胶原蛋白的缺失,导致绿荧光的减少和红荧光的增强。

但 AFI 存在图像分辨率不足、假阳性率高等局限,与白光内镜、虚拟染色内镜共同组成所谓的三联成像模式可增强其特异性。三联成像模式下观察者可利用 AFI 优势发现胃肠道带红色荧光病变,再通过高清内镜和虚拟染色内镜进一步观察其表面特征。

光学相干断层成像(Optical coherence tomography,OCT)

OCT 是一种利用短相干长度光源干涉仪测量反向散射或反射光,进而能对生物组织浅表微结构进行高分辨率断层成像的新技术。干涉仪一端装有扫描系统,另一端装有扫描参照路径延迟系统。只有当光学延迟与相干光长度匹配时来自样本和参照物的光才会发生光学干扰。

高分辨率可以展示组织微观结构,但却以降低成像的深度(1~2 mm)为代价。因此,OCT 可较容易和准确地区分正常上皮组织和异常组织,但异型增生和早癌的检出和分级仍具有挑战性。

共聚焦显微内镜(Confocal endomicroscopy,CLE)

共聚焦显微内镜可使研究者在细胞甚至亚细胞分辨率水平在体观察粘膜层组织学结构。共聚焦激光显微内镜(CLE)更是可动态观察细胞间相互作用,其组织学发现优于常规组织学检查。目前有两种形式,内镜式(eCLE)和探头式共聚焦显微内镜(pCLE)。pCLE 可通过标准内镜的工作通道使用。

共聚焦成像包含静脉或局部荧光染料的使用以增强图像的对比和分辨率。静脉用荧光染料可渗透上皮组织使细胞外基质着色。而局部用吖啶黄可使粘膜表面染色,具有嗜细胞核性。未来,基于荧光标记的靶向疾病特异性生物标志物的探针的使用或将增强 CLE 联合分子成像技术的应用价值。

分子成像(Molecular imaging)

分子成像技术是基于组织分子指纹图谱而不是其形态学。单个的细胞被特异的探针标记,包括被标记的肽类和抗体、纳米颗粒及具有肿瘤特异性激活性能的探针等。目前分子成像最重要的治疗作用是形象化由特异疾病导致的组织形态学改变。分子手段包括易化病变的检出和共聚焦显微内镜在体组织特征描述等技术。

虽然分子成像可为治疗提供个体化和分子靶向信息,目前尚未应用于大范围患者人群,但其临床贡献日益凸显。

多模式成像技术精彩图像展示:


图 1 结肠虚拟染色内镜 典型图像突出了粘膜表面形态,a 为 i-scan,b 为 FICE,c 为 SPIES,d 为 NBI


图 2 Barrett 食管增强成像技术和自体荧光内镜 a 为白光内镜所示 Barrett 食管细微的异常不规则粘膜;b 为自体荧光内镜所示异常 Barrett 粘膜的紫色斑点,高度怀疑异型增生;c 为高放大率 NBI 确认的异型增生区域伴异常脉管结构


图 3 肠化生的光学相干断层成像 a 为肠化生不伴有异型增生的腺体结构,b 为部分 a 图组织,可见表浅上皮组织核-质比低,c 为黏膜内癌-高级别异型增生,可见大而不规则的腺体,d 为部分 c 图组织,也可见不规则、扩张的腺体结构,e 为黏膜内癌-高级别异型增生组织,可见组织结构紊乱、表面反射率增加,f 为部分 e 图组织,可见异常腺体结构和表浅上皮组织核-质比增加(组织学为苏木精-伊红染色)


图 4 i-scan 虚拟染色内镜检查前后所示 IIc 型 Barrett 食管癌 a 为白光高清内镜示表浅泛红区域,b 为 i-scan 虚拟染色内镜示血管纹理稀疏、没有边界的病变,内镜切除术确认粘膜癌浸润到粘膜下层


图 5 虚拟染色内镜示早期胃癌 a 为白光内镜,b 为 i-scan 虚拟染色内镜所示 IIa+c 型胃癌典型图像。


图 6 高清内镜示结肠小的、扁平息肉 a 为白光高清内镜,b 为 i-scan 虚拟染色内镜。


图 7 溃疡性结肠炎相关性异型增生伴高级别上皮内瘤变 a 为白光内镜,b 为虚拟染色内镜,c 为亚甲蓝在体染色,d 为放大内镜所示亚甲蓝在体染色。


图 8 结肠荧光素染色后共聚焦显微内镜所示图像 a 为正常结肠粘膜,b 为伴不规则细胞结构的异型增生息肉。

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编辑: 李晴

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