人体组织有多种自体荧光物质, 这些荧光主要来源于基质或细胞中的氨基酸、结构蛋白、酶和辅酶、脂肪、维生素和卟啉等五大类物质, 这些物质在特定波长激发光的激发下产生光谱的叠加, 其产生的荧光强度和形状取决于组织的生化特征和形态结构。组织在病变过程中会受细胞的新陈代谢、血液浓度、组织厚度等影响而发生改变, 因此, 可根据组织自体荧光特征的差异来区分正常组织和病变组织^{[6, 7, 8, 9, 10]}。正常的黏膜在荧光内镜下呈现绿色荧光, 糜烂、炎性反应及良性溃疡为浅紫红色, 恶性病变呈现暗红色或深红色, 溃疡表面覆盖着的白苔仍为白色, 与周边的正常黏膜区分明显。

AFI已应用于临床且具有较好的临床应用价值, 如对早期胃癌及癌前病变诊断、对结肠息肉的筛查、在早期结肠癌诊断中的应用、辅助诊断乳腺癌等。Kara等^[11]先后应用荧光内镜和白光内镜检查60例Barrett食管的患者, 在AFI模式下, 正常的食管黏膜表现为绿色, 而可疑的肿瘤组织表现为蓝色或紫色, 研究者对Barrett食管患者先用白光内镜成像, 选出内镜下可见的病变部位, 再用AFI检查出额外的病变组织。60例中, 共检出早期癌或重度不典型增生22例, 其中常规内镜和荧光内镜均发现明显异常后经活检病理检查证实为早期食管癌和重度不典型增生14例, 荧光内镜与白光内镜相比多检出6处病变。施建平等^[12]将AFI应用于Barrett食管相关肿瘤的诊断, 结果表明AFI对疑诊为Barrett食管相关性肿瘤高级别上皮内瘤变的假阳性率为40.5%(30/74), 阳性预测值为59.5%(47/74), 并将AFI联合窄带成像, 其假阳性率由40.5%降低至14.9%, 阳性预测值为59.5%, 其结果表明AFI联合NBI对高级别上皮内瘤变检出的敏感性高, 特异性强, 可明显提高活检的阳性率。

AFI具有较多的优势, 它能够快速反映人体组织中内源性荧光物质和形态结构的微小变化, 对于提高Barrett食管及相关肿瘤诊断的灵敏度具有十分重要的作用。自体荧光不需要光敏剂, 消除了光敏剂对人体的影响且不会伤害组织的生理状态和正常细胞的生理功能, 是一种无创性检查。但AFI也有其局限性, 目前, 应用的AFI对组织产生的自发荧光缺乏敏感性, 图像质量有待进一步提高, 且常受一些混杂因素的影响。由于自体荧光信号比较微弱, 而且临床医师对颜色的判别存在主观性等客观原因, 自体荧光技术对Barrett食管相关早期肿瘤诊断的特异性不是特别高, 这在一定程度上限制了AFI在临床上的推广。

OCT通过探测反射或散射回来的信号获得组织结构的断层图像, 其成像的基本原理类似于超声成像^[13], 与其不同的是OCT技术利用的是光波而不是声波信号。OCT技术通过飞行时间法对样品不同反射层的超短时间延迟进行测量。其利用参考光和样品光的信号光脉冲序列间的干涉现象, 来探测不同深度层的样品结构, 然后通过探头或样品平移台实现扫描, 并将得到的信号经计算机处理, 从而得到样品的断层图像^[14]。OCT的横向分辨率为1525 μ m, 轴向分辨率为1015 μ m^[15]。许多研究表明, OCT内镜能对在体的黏膜组织进行成像, 如Barrett食管和食管腺癌, 也可对Barrett食管高级别上皮内瘤变等进行监测^{[16, 17]}。OCT根据细胞学形态改变, 即根据核质比的变化而改变了光反射特征, 在得到信号后再通过计算机处理得到相应的图像。

Aaron等^[14]应用OCT对外科术后大体食管标本进行成像, 成像后再行组织病理学检查, 通过与病理结果相比较, 总结出了正常食管黏膜、鳞柱状上皮交界处、Barrett食管和食管腺癌的OCT成像特征, 为后期的研究奠定了基础。Poneros等^[18]应用OCT对Barrett食管进行成像并总结了相应的成像特点:(1)缺乏正常的鳞状上皮结构或腺上皮的小凹和隐窝结构特点; (2)出现了不规则的组织结构和黏膜表面; (3)黏膜下存在腺体结构。该研究发现Barrett食管的腺体结构越不规则, 其不典型增生的程度越高。Evans等^[19]应用OCT对177例内镜下疑诊为Barrett食管的患者进行成像并根据成像特征对其做出了预诊断, 通过与病理结果相比较, OCT诊断Barrett食管及相关病变的敏感性为85%, 特异性为75%。可见OCT对诊断Barrett食管及其相关早期病变具有很大的潜力。

OCT对Barrett食管及其相关肿瘤诊断的敏感度及特异性较高, 且具有无创、分辨率高、即时组织病理学成像等优点, 因此在医学领域上有着很好的应用前景。但由于其横向分辨率较低而限制对细胞及亚细胞水平的成像能力, 而这一点恰恰是发现不典型增生和早期癌变所必须的^[14]。

CLE是由微型化的共聚焦激光显微镜与传统内镜整合而成的。其成像的基本原理是通过激光源发出的低能量激光经光源针孔及透镜聚焦于被观察的组织表面, 组织的反射光经同一透镜聚焦于观察针孔形成点像, 并通过针孔被探测器接收。这一光学设计使光源聚焦点与被观察点位于同一平面内, 且光源针孔与观察针孔必须同步运动才能获得显微图像。捕获的反射光经数字化处理并重建得到反映被检测物体某一层面的灰阶图像^{[20, 21]}。CLE可以在普通内镜检查的同时观察黏膜组织表面及表面下的组织显微结构, 获得放大1000倍的虚拟组织学图像, 因能清晰显示正常细胞及亚细胞结构, 因此被誉为“ 光学活检” 。

Wallance等^[22]对内镜下疑诊为Barrett食管患者的40个位点进行CLE成像, 并点对点活检。以病理结果为参考标准, 选取20个CLE成像位点的图片作为内镜医师的视图规范化培训。在前期培训的基础上内镜医师在双盲情况下对剩余的20个成像位点的CLE图片进行预诊断, 再将预诊断结果与病理结果相比较。病理结果显示20个成像位点里, 11个有高级别上皮内瘤变或浸润性病变, 内镜医师检出了10个, 其敏感性为91%, 特异性达到100%。可见CLE对诊断Barrett食管相关性肿瘤具有很高的准确性和特异性。杨云生等^[23]选取了普通内镜下疑诊为Barrett食管的患者23例, 对其中的73个位点进行了CLE成像, 研究发现CLE对Barrett食管病变类型诊断的灵敏性为95.6%, 特异性为96.4%, 阳性预测值为97.7%, 阴性预测值为93.1%, 诊断准确性为95.1%。李延青等^[24]等比较详细地描述了Barrett食管在CLE的上皮分型特点。2013年, Matthew 等^[25]将CLE与靶向荧光分子探针相结合应用于Barrett食管及相关病变的诊断, 他们将ASY-FITC靶向荧光探针均匀喷撒于食管黏膜表面, 5 min后进行CLE成像, 结果显示CLE能根据荧光信号的强弱来确定Barrett食管病变的部位、范围及性质。

CLE作为一种新型的内镜分子影像学技术已迅速成为国内外学者的研究热点。因其能在内镜检查的同时对在体组织进行即时的虚拟组织学成像, 且敏感性、特异性均较高, 这不仅减少了不必要的活检, 而且减少了患者的费用及等病理的时间。但CLE也有其局限性, 如其成像深度有限, 易受呼吸、胃肠道蠕动等因素的影响, 设备成本高, 对技术人员的依赖性大, 因此在临床应用推广上受到了极大的限制。

HRME是一种新的分子成像技术, 能够对组织进行实时成像, 从而实现亚细胞水平的组织成像^{[26, 27, 28, 29]}。HRME的成像原理是通过LED光源发出的激发光经滤光片过滤, 形成455 nm的窄谱段激发光, 经高分辨率光纤传导至喷洒染色剂的生物组织产生515 nm激发荧光。荧光信号再通过高分辨率光纤返回, 由物镜放大, 通过二向色镜将激发光和荧光分开, 从而只将荧光传导至CCD芯片上进行成像, 从而得到被检测组织的细胞学图像。该成像系统成像直径为720 μ m, 空间分辨率为4.4 μ m, 摄像速度为17帧/S。

近年来, 国外学者已应用该成像系统对临床的多种疾病进行了研究, 其中对结肠息肉的分型, 中耳胆脂瘤的术前评估头颈外科手术病变的切除范围的评估、宫颈癌的筛查及诊断、口腔鳞状细胞癌的成像等方面, 均取得了很大的成就。2014年, Vila等^[30]用HRME对Barrett食管及其相关肿瘤进行了在体的实时成像, 他们选取20位没有显微内镜经验的消化科医师和三位显微内镜专家对Barrett食管的HRME成像进行观察并做出预诊断, 结果表明使用HRME设备对高级别上皮内瘤变及食管癌诊断的整体敏感性为90%, 阳性预测值为72%, 阴性预测值为94%, 在对相同疾病诊断的准确性方面内镜专家与新手无显著性差异。这些数据表明, 在没有显微内镜专家的情况下, 消化科医师可通过HRME对Barrett食管相关性肿瘤的诊断具有很高的敏感性与特异性。

HRME因其操作简单、成本低、成像清晰、实时成像、在体无创光学活检等优点迅速成为国内外的研究热点。但该成像设备在成像过程中易受胃肠道蠕动, 心跳、呼吸等因素影响产生运动伪影而降低了图片的质量, 最终影响诊断结果的判断。

以上讲述了几种内镜分子影像学技术在Barrett食管及相关肿瘤早期诊断上的应用, 这集中展现了这种新型成像技术具有实时、安全、无创、高灵敏度等优势。随着越来越多消化系统肿瘤的生物标志物、荧光标志物和靶向探针的发现、合成, 那么内镜分子影像学技术对Barrett食管及相关肿瘤诊断的敏感性和特异性会进一步提高。目前, 内镜分子影像学虽处于起步阶段, 且存在一些不足, 但它的问世标志着内镜检查从宏观到微观、从解剖到分子、从影像学到机能组织学的质的转变。随着技术的不断改进与优化, 内镜分子影像学技术在对提高消化系统疾病的诊断方面会有一个新的飞跃。