为了提高胃肠道病变的检出率,在韩国,筛查和监视内窥镜期间广泛使用了图像增强内窥镜。除了具有/不具有放大功能的窄带成像(NBI)之外,还使用了各种类型的电子染色体内窥镜检查,包括自发荧光成像,I-SCAN和柔性光谱成像色彩增强。这些技术使病变的精确表征成为可能,因为它们使可视化的微血管和微表面模式成为可能。本综述着重于了解除NBI以外的先进成像技术的原理和临床应用。
临床实践中可以使用各种图像增强内窥镜系统。为了对病变进行有效的检测和组织学预测,内镜医师应了解每种成像技术的优点和局限性。自发荧光成像(AFI)是一种内窥镜技术,用于检测在伪彩色图像上观察到的发育异常或早期癌症。I-SCAN和柔性光谱成像色彩增强(FICE)具有专有的图像处理算法,该算法基于光谱发射方法应用于白光(WL)图像。在这篇综述中,介绍了除窄带成像(NBI)以外的先进成像技术的详细原理和临床应用。
在人类中,内源性荧光团(胶原蛋白,烟酰胺,黄素和卟啉)在光激发下会发出自然的组织荧光。AFI系统使用较长波长的光(荧光)检测这些荧光团,并在内窥镜监视器上实时生成伪彩色图像(图1)。总体荧光发射根据各种组织类型而有所不同。这些特征在于荧光团浓度,代谢状态和空间分布的相应差异。基于这些颜色差异,AFI可以检测并表征明显的异常病变。
图1
自发荧光成像(AFI)系统图。改编自Uedo等。经Elsevier许可。CCD,电荷耦合器件。
在AFI内窥镜检查中,特殊的旋转彩色滤光轮会在氙灯冷光源的前面产生蓝光(390至470 nm)和绿光(540至560 nm)。干扰滤波器位于AFI电荷耦合器件(CCD)的前面。这些CCD阻止了蓝光的激发,而却允许组织自发荧光并将绿光反射到滤光片。在AFI模式下,正常或非增生性粘膜通常呈绿色,而增生性病变则呈紫色或品红色。
在一些研究中,AFI用于可视化食道鳞状细胞癌(SCC)。对于浅表食管癌,AFI的作用不如NBI和Lugol色谱内镜检查。相比之下,AFI可以检测到浅表食管SCC的79%,而白光内窥镜检查(WLE)仅可以检测到51%(p <0.05)。
在西方国家,对AFI内窥镜进行了评估,以确定Barrett食管(BE)患者早期瘤形成的检出率是否有所提高。然而,AFI具有可接受的灵敏度,但特异性差为BE的监视。在一项研究中,与NBI联合使用时,AFI可提高BE患者高级别上皮内瘤变(HGIN)的检出率。由于仅使用AFI即可检测到所有病变,因此将其视为检测可疑病变的一种危险信号技术。AFI与NBI结合可紧密观察粘膜表面图案。因此,AFI-NBI组合可以提高检测BE中HGIN的准确性。在一项国际多中心研究中,除了高分辨率WLE之外,还使用AFI系统时,BE患者的早期病变形成的检出率有所提高。使用NBI再次观察到检测到的病变后,仅AFI的假阳性率降低了。
在一项研究中,AFI被用于诊断慢性萎缩性胃炎。当使用AFI观察胃体时,非萎缩性粘膜为紫色,而幽门螺杆菌感染的萎缩性粘膜为绿色。呈绿色的粘膜的诊断准确性证明其活性为64%,炎症为93%,萎缩为88%,肠化生为81%。在胃体中,绿色区域显示出更多的萎缩(p <0.001)和肠化生(p<0.001),相比之下紫色区域。与WLE相比,AFI对慢性萎缩性胃底炎患者内镜萎缩边界的诊断准确率更高。在早期胃癌(EGC)内镜黏膜下剥离术后的监测内窥镜检查过程中,使用AFI诊断为开放型萎缩性胃炎。这种胃炎与异时性胃癌的存在显着相关(p = 0.018)。
一项前瞻性盲研究比较了AFI和WLE在检测浅表性胃病变中的诊断准确性。AFI和WLE之间的敏感性相似(64%比74%),而AFI的特异性低于WLE(40%比83%,p = 0.0003)。在另一项研究中,AFI对经病理证实的胃病变的敏感性为68.1%,而特异性仅为23.5%。然而,AFI对确定EGC的侧缘显示出良好的诊断功效,其准确性与靛红色胭脂色内窥镜检查相似。在临床实践中,AFI可以澄清胃病变的边缘。大谷等。报道,AFI内窥镜检查也有助于评估无溃疡性胃癌的病变浸润深度。
图2
管状腺瘤的内镜图像。(A)常规白光图像显示病变增高,表面有结节。(B)自发荧光图像显示病变为绿色背景中的紫色区域。
图3
未分化型早期胃癌的内镜图像。(A)传统的白光图像。在胃角观察到不规则的红色粘膜。但是,由于背景粘膜的颜色相似,因此无法区分病变边缘。(B)自发荧光图像。病变表现为紫色结节,边缘清晰,绿色。
在结肠镜检查期间,AFI在检测结肠病变中的临床意义仍然存在争议。在一项初步研究中,AFI显示结肠息肉的漏诊率低于WLE(30%比49%,p = 0.01)。在日本的一项研究中,与单独的WLE相比,带有透明罩的AFI还提高了大肠病变的检出率。一项荷兰研究表明,在高风险患者(溃疡性结肠炎,林奇综合征和家族性结直肠癌)的监测结肠镜检查中,AFI可用于检测异常增生。但是,其他两项研究报告说,AFI没有因为低特异性(35%和37%)提高了结肠腺瘤误率。
I-scan是PENTAX(日本东京)新开发的图像增强腔镜技术。该技术包含三种算法:表面增强(SE),对比度增强(CE)和色调增强(TE)。SE允许对粘膜表面结构进行详细检查。CE可以仔细观察表面周围的细微不规则和粘膜血管分布。SE和CE模式适用于筛查内窥镜检查以检测早期胃肠道病变。TE由三种模式组成,例如食道为TE-e,胃为TE-g和结肠为TE-c。TE主要适用于筛查内窥镜检查过程中检测到的病变的其他特征。按下按钮可串行转换三种模式(SE,CE和TE),并且可以同时应用两种或更多种模式。
图4
通过I-SCAN内窥镜系统中的后图像采集软件进行色调增强的原理(由Pentax提供,日本东京)。
图5
胃腺瘤的内窥镜图像。(A)传统的白光图像。(B)具有表面增强功能的I-SCAN。(C)具有对比增强功能的I-SCAN。(D)具有色调增强功能的I-SCAN。
在Hoffman等人的研究中。将I-SCAN对反流性食管炎的诊断功效与使用Lugol溶液的层析内窥镜的诊断功效进行了比较。结果表明,I-scan简单易行,可用于评估与回流相关的病变。在韩国,共有514名受试者参加了一项前瞻性随机对照试验。与WLE相比,I-SCAN内窥镜通过检测食道鳞状-柱状交界处的微小变化,提高了反流性食管炎的诊断率。以后再检查内窥镜静止图像时,根据洛杉矶分类,观察者之间的协议是可以接受的。另一项研究还报道,I-scan改善了对反流症状患者微小变化的识别。
目前,关于胃部病变使用I-SCAN的数据有限。当在WLE期间检测到小于1 cm的浅表病变时,进行I-SCAN内窥镜放大检查以诊断胃病变。尽管组织学预测小的表浅胃部病变是可行的,但仍需进一步研究以确认其价值。
使用I-SCAN结肠镜检查,已经进行了许多有关结肠息肉的检测和表征的研究。一项比较研究报告说,I-SCAN类似于使用亚甲基蓝预测结肠病变的色内镜检查。在另一项研究中,与标准结肠镜检查相比,I-scan结肠镜检查发现大量结直肠病变患者(38%比13%)。相反,Hong等。表明使用I-SCAN系统进行结肠镜检查不会增加腺瘤的检出率,并且可以防止息肉在检测过程中漏出。但是,与WLE相比,I-SCAN对结直肠息肉的组织学预测有效。经过短暂的培训和对标准化图像的审查,很快就获得了学习曲线。当邀请八位内镜专家时,I-SCAN结肠镜检查在病变性和非病变性病变的分化方面显示出良好的观察者间一致性。就微小结肠息肉的实时组织学预测而言,I-SCAN结肠镜检查类似于NBI系统。
在患有炎症性肠病(IBD)的患者中,Neumann等人。评估了I-SCAN是否有可能增加对疾病严重程度和程度的评估。与WLE相比,I-SCAN系统在评估炎症程度(49%对92%)和疾病活动性(54%对90%)方面显示出显着差异。这一结果对IBD管理中的决策具有新的意义。
FICE(FLEXIBLE SPECTRAL IMAGING COLOR ENHANCEMENT),也称为多波段成像,是基于光谱图像处理技术的。NBI使用物理滤镜,而FICE系统从视频处理器获取普通的内窥镜图像,并对给定的专用波长的光进行算术处理,估算并产生图像(图6)。通过切换内窥镜上的按钮,FICE系统可以为胃肠道粘膜的各个部分选择介于400和700 nm之间的波长。单波长图像是随机选择的,并分配给红色,绿色和蓝色以构建和显示虚拟增强的彩色图像。
图6
柔性光谱成像色彩增强(FICE)系统的原理(由Fujinon Corp.,日本东京提供)。RGB,红色,绿色,蓝色。
为了诊断BE,总共使用WLE和FICE系统对72名患者进行了比较研究。结果,与WLE相比,FICE在BE粘膜中观察到更清晰的栅栏血管。在FICE图像上,发白的BE粘膜和褐色的胃粘膜之间的分界线更加清晰,从而可以准确诊断BE。
当EGC的程度被诊断中,使用FICE系统到凹陷型和高架型EGC和周围组织。与WLE相比,专家和非专家的内镜医师都以更高的准确性确定了病变的边缘。在Jung等人的研究中。FICE也可用于诊断胃部病变,例如非病变性病变,腺瘤和癌症。
在以前的研究中,FICE对结直肠病变的表征显示出合理的准确性,但并未提高腺瘤的检出率。在一项前瞻性,随机,背对背试验中,FICE和WL结肠镜检查之间的腺瘤漏诊率没有显着差异(6.6%对8.3%,p = 0.59)。当钟等。在总共1,650名受试者中进行了结肠镜检查筛查,比较了NBI,FICE和WL结肠镜检查的诊断效率。结果,NBI和FICE都没有改善腺瘤的检出率或漏检率,而两个系统之间没有区别。无论是专家还是非专家,NBI和FICE系统都没有比WL结肠镜检查更多的好处。一项涉及763位受试者的大型前瞻性研究使用放大的FICE评价了小结肠息肉的组织学预测。通过FICE进行的有/无放大倍数的腺瘤诊断率的总体准确度分别小于10 mm,分别为87.0%和80.4%(p<0.05)。当结肠息肉小于5 mm时,放大率和非放大率之间的差异更大(85.4%对79.1%,p <0.05)。与靛蓝胭脂色内窥镜检查相比,FICE系统未提高腺瘤检出率(35.4%对35.6%,p = 1.0)。为了鉴定腺瘤,Pohl等。表明,使用FICE的灵敏度和诊断准确率显着高于WLE,与传统的色谱内窥镜相当。
光学相干断层扫描(OCT)类似于B型超声检查。当OCT探针穿过内窥镜的辅助通道时,可以获得具有高分辨率的目标组织的横截面图像。由于OCT的穿透深度约为1-2毫米,因此它有可能评估胃肠道粘膜下的潜在恶性病变。在一些研究中,OCT已用于表征BE患者的体内组织病理学和诊断高度不典型增生。一项研究表明,OCT可以确定胆道狭窄中是否存在恶性病变。
内窥镜检查是一种超高倍放大技术,可以实时评估表面形态甚至亚细胞水平,放大倍数超过450倍。作为对比剂,亚甲基蓝或结晶紫的局部应用可用于靶病变的详细可视化。在日本的研究中,内窥镜检查可以对食道,胃和结肠进行体内组织病理学诊断。还实现了病变与非病变组织的诊断区别。
开发了蓝色激光成像(BLI)系统来详细观察血管和粘膜表面图案。BLI系统具有410和450 nm的两个激光源。波长为450 nm的强激光照射磷光体,产生类似于氙气灯的照明。在BLI系统中,410 nm波长用作窄带光。BLI光与410和450 nm激光器以及荧光灯一起提供。该新型系统对于胃肠粘膜的微结构和微脉管系统的详细信息可能有用。在日本,吉田等人。报道了BLI系统对于组织学分类和预测结直肠病变的浸润深度具有良好的诊断效力。需要进一步的大规模研究以证明这些潜在的临床应用价值。
随着内窥镜成像技术的发展,光学活检已使病变的实时组织学预测成为可能。内窥镜分辨率的提高可有助于确定准确而详细的内窥镜检查结果。此外,新的成像技术可能使内镜医师在胃肠道内窥镜诊断和治疗领域迈出一大步。将来,需要进一步的研究来评估成本效益和诊断准确性。
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原文:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4676657/