微型胃腸鏡的發(fā)展和展望

薛春香

幾十年來，胃腸內(nèi)窺鏡檢查已經(jīng)成為診斷和管理消化系統(tǒng)疾病實踐中的重要組成部分。自從這一新技術(shù)應(yīng)用以來，已經(jīng)采取了各種方法去提高其安全性，并對其可以進一步發(fā)揮的作用提出了挑戰(zhàn)，其中一個方面旨在促進解決各種臨床問題的微型內(nèi)窺鏡的發(fā)展。微型內(nèi)窺鏡設(shè)備的發(fā)展在很大程度上取決于光學技術(shù)的發(fā)展及其在臨床中的應(yīng)用。

在臨床實踐中，使用較小口徑的內(nèi)窺鏡裝置可以使侵入性胃腸道手術(shù)的耐受性和安全性得到改善，使藥物更好吸收，后續(xù)更好護理，有利于更廣泛地進行各種胃腸道疾病的人群篩查。然而其需要較少鎮(zhèn)靜和較少并發(fā)癥的優(yōu)點增加了有關(guān)微型內(nèi)窺鏡的成本效益的爭論。本綜述中探討的三個主要內(nèi)容是超薄內(nèi)窺鏡檢查（ultrathin endoscope，UTE）、無線膠囊內(nèi)窺鏡（wireless capsule endoscope，WCE）檢查和掃描纖維內(nèi)窺鏡檢查。

1 UTE 檢查

UTE 在總體設(shè)計上與標準內(nèi)窺鏡相似，其中的控制部分包括尖端偏轉(zhuǎn)刻度盤、一個空氣/水通道和一個吸入/附件通道，彩色圖像由位于儀器尖端的電荷耦合器件芯片產(chǎn)生。一些型號具有先進的成像功能（如窄帶成像）。一家制造商（EC-3890K，Pentax，Montvale，NJ，USA）提供了一種光纖模型。大多數(shù)UTE 都與標準光源和處理器兼容。其中一種型號（TNE-5000，Vision Sciences， Orangeburg，NY，USA）有便攜式處理器和內(nèi)置光源，用于辦公室使用。UTE在胃腸病學中有許多用途，它們被譽為安全、經(jīng)濟和易于使用的工具，具有標準內(nèi)窺鏡不具備的優(yōu)點。有研究報道，既往有20 名健康志愿者使用奧林巴斯GIF-N30 設(shè)備進行了食管胃十二指腸鏡（esophagogastroduodenoscopy，EGD）檢查[1]，這是首次記錄的使用非鎮(zhèn)靜超薄內(nèi)鏡檢查的情況。除了診斷程序外，非鎮(zhèn)靜超薄內(nèi)鏡檢查在治療方案中也取得了不同程度的成功，如自擴張金屬支架置入、小腸梗阻的長腸管置入以及一些內(nèi)鏡逆行胰膽管造影病例[2-4]。

窄口徑內(nèi)窺鏡最初設(shè)計于20 世紀70 年代[5]，用于兒科患者。UTE 軸直徑一般在6 mm 左右或更小，可以通過鼻腔插入進行經(jīng)鼻內(nèi)鏡檢查，并有一個可清洗的內(nèi)部通道，并與標準內(nèi)窺鏡一樣被重新處理。最新的設(shè)備具有一次性外護套，不需要再處理，因為可重復(fù)使用的部分不與患者接觸，并允許使用同一設(shè)備快速連續(xù)地進行多次檢查；光源、處理器和屏幕集成到便攜式數(shù)字處理器中[6-7]。超薄經(jīng)鼻內(nèi)窺鏡可采用導(dǎo)入器法通過食管直接插入胃腔，無需通過口腔[8]。這項技術(shù)結(jié)合便攜式內(nèi)窺鏡的使用，可在選定的高危病例中降低心肺副反應(yīng)的風險[9]。

幾項大型研究表明，超薄型食管胃十二指腸鏡（esophagogastroduodenoscopy， EGD）是可行的，且耐受性良好。在一項對611 名接受經(jīng)鼻食管鏡檢查的患者的研究中，檢查成功率為97%[7]。使用耐受性評估評分，未鎮(zhèn)靜經(jīng)鼻內(nèi)鏡檢查（transnasal endoscopy，TNE）患者的報告與鎮(zhèn)靜常規(guī)EGD 檢查相當[10]。非鎮(zhèn)靜UTE 檢查的耐受性、安全性和有效性被很好地應(yīng)用于食管疾病的內(nèi)鏡篩查，如Barrett’s 食管（Barrett's esophagus，BE）和食管靜脈曲張[10-12]。使用非鎮(zhèn)靜UTE 檢查可以可靠地診斷BE，使用較小的活檢鉗進行腸化生的成形率與鎮(zhèn)靜常規(guī)EGD 檢查的成形率相當。在美國Barrett 對209 名患者進行的篩查研究中，與使用鎮(zhèn)靜劑的鎮(zhèn)靜常規(guī)EGD 檢查相比，未使用鎮(zhèn)靜劑的TNE的成本顯著降低，移動內(nèi)窺鏡的成本被證明比TNE 的成本更低[13]。

UTE 確實有缺點和局限性。低口徑內(nèi)窺鏡對其組成部分（如活檢和治療干預(yù)的通道）的承載能力較低；與EGD 相比，圖像分辨率相對較低。盡管非鎮(zhèn)靜薄層EGD是高危地區(qū)早期胃癌大規(guī)模篩查的一個有吸引力的選擇。然而，薄層EGD 診斷早期腫瘤的敏感性顯著低于內(nèi)窺鏡（58.5%∶78.6%，P=0.021）。因此在日本等高發(fā)國家，UTE 對早期淺表胃癌的診斷準確性仍然容易受到質(zhì)疑。

2 膠囊內(nèi)窺鏡

WCE 的使用在2000 年首次被描述，自2001 年國家食品和藥品監(jiān)督管理局批準以來得到了廣泛的使用。WCE 在用于識別小腸出血中普遍應(yīng)用，它還是一種可靠的克羅恩病檢測方法，診斷率高達71%；如果通過通暢性研究降低膠囊潴留的風險，則具有較高的安全性[14]。通過擴大視場和增加記錄圖像的數(shù)量，還包括自適應(yīng)幀率的發(fā)展，它的診斷率在不斷地提高[15]。研究人員已經(jīng)開發(fā)了各種軟件工具，以減少閱片時間，同時保持診斷產(chǎn)量[16]。它們的屬性包括刪除幾乎相同的圖像，臨時選擇最突出的圖像和多視圖模式[17]。即使是非常有經(jīng)驗的技師在鑒別病理方面也存在局限性。因此，人工智能在WCE 中的運用現(xiàn)在被認為是一個非常可能實現(xiàn)的前景。目前，可應(yīng)用的技術(shù)仍處于初始階段，但隨著時間的推移，以及患者和醫(yī)生的接受程度，這些困難都能被克服[18]。

除了診斷小腸病理外，結(jié)腸膠囊內(nèi)窺鏡（colon capsule endoscope，CCE）可以緩解日益增長的結(jié)腸鏡需求所帶來的資源緊張、盲腸插管失敗的可能性以及由于對傳統(tǒng)內(nèi)鏡檢查的耐受性較差而導(dǎo)致的患者攝取不良[19]。第二代CCE-2 具有實時的雙向視圖，還包含息肉大小估計功能和靈活的光譜成像顏色增強可視化[20]。如果腸道準備良好，CCE-2 檢測＞6 mm 和＞10 mm 息肉的敏感性和特異性超過85%，可適用于篩檢[21]。在對照研究中，CCE 在評估炎癥性腸病患者結(jié)腸黏膜方面也可與結(jié)腸鏡檢查相媲美[22]。

食管疾病也可使用WCE 來檢測。一項盲法研究將EGD 作為金標準與PillCam ESO 2 設(shè)備（Given Imaging Ltd，Yoqneam，Israel）進行比較，獲得了對BE 和食管炎的預(yù)期檢出率，EGD 的敏感性為100%，特異性為74%；PillCam ESO 2 設(shè)備的敏感性為80%，特異性為87%[23]。對于BE 的檢測，早期的結(jié)果是混合的，因此提倡在相關(guān)人群中進行進一步的大規(guī)模研究[24]。WCE 在未來食道靜脈曲張的篩查和監(jiān)測中也可能占有一席之地。目前的文獻中，WCE 集合敏感性為72%，不支持使用EGD[25]。

由于非驅(qū)動的無線膠囊體積大，阻礙了完全可視化，因此很難完全檢查胃腔。然而，一項可行性研究表明，用1 L 含西甲硅氧烷的水可以獲得良好的上消化道視圖[26]。如果有更先進的軟件，包含更大的幀率以及人工智能的應(yīng)用，也可能增強這種方法的診斷準確性。磁驅(qū)動膠囊還有助于降低電力存儲需求，從而為介入工具提供潛在的空間[27]。microcam-Navi（Intromedic，Seoul，South Korea）是一種膠囊，可以由外部手持磁鐵控制，在難治性缺鐵性貧血患者中，它比胃鏡檢查更容易識別病理。一項研究報道MACE 對食管靜脈曲張和BE 的診斷敏感性分別為73.3%和100.0%[28]。為解決外部磁鐵的重量和潛在的操作員疲勞的問題，Navicam 系統(tǒng)（AnXRobotica，上海，中國）被開發(fā)了出來。它配備了預(yù)先編程的、自動化的和計算機生成的操作，已被用于胃癌高流行人群的檢測，對無癥狀患者的初步可行性研究顯示其敏感性為90%[29]。閱讀時間可以短至14 min，相當于胃鏡檢查包括術(shù)前準備儀器的時間。一項針對上腹部主病患者的多中心盲法研究采用機器人輔助磁引導(dǎo)WCE檢查，并以傳統(tǒng)胃鏡檢查金標準進行檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上、下胃局灶性病變的檢測具有相當?shù)臏蚀_性[30]。該設(shè)備在缺鐵性貧血患者中也顯示出比EGD 更好的診斷率。證據(jù)表明，WCE 在胃腸道疾病的診斷未來將發(fā)揮更大的作用，但需要更多研究來確定哪些表現(xiàn)值得廣泛應(yīng)用[31]。

3 掃描單纖維內(nèi)窺鏡

新形式的光學技術(shù)已被開發(fā)，以滿足內(nèi)鏡成像的需求，其分辨率比UTE 的更高[32]。掃描單纖維內(nèi)窺鏡（scanning single fiber endoscope，SFE）技術(shù)有望成為一種超薄且靈活的內(nèi)窺鏡[33]，其形狀和大小類似于導(dǎo)管。然而，成像的方法完全不同于所有白光內(nèi)窺鏡，SFE 掃描聚焦在組織上的紅、綠、藍激光，背散射光由幾根光纖收集，由計算機一次一個像素生成圖像。雖然只投射到組織上的光帶很窄，但提供了極佳的顏色保真度。其成像質(zhì)量優(yōu)于類似口徑的UTE。在胃腸道內(nèi)窺鏡檢查中，SFE 可作為常規(guī)內(nèi)窺鏡的輔助檢查，同時也可進入膽道樹和胰腺等不易進入的區(qū)域，可以更全面地顯示病變。

光譜編碼掃描纖維內(nèi)窺鏡使用內(nèi)窺鏡探頭發(fā)射的多色光，編碼波長，然后從表面反射，在體外解碼，產(chǎn)生一維圖像。儀器的旋轉(zhuǎn)為可視化表面的二維圖像構(gòu)建信息。使用單纖維的光譜編碼內(nèi)窺鏡可以進行三維拓撲分析和實時地下成像[34]。這種多光譜SFE 可與白光內(nèi)鏡聯(lián)合使用，收集廣域熒光圖像，可以早期發(fā)現(xiàn)不典型增生和癌變。雖然在動物模型方面的研究已經(jīng)取得了進展，但還需要開發(fā)這種分析人體組織的技術(shù)。

小尺寸的SFE 適用于膽道樹和主胰管內(nèi)部的光學成像。與目前的膽管鏡工具相比，直接觀察這些區(qū)域的分辨率更高，是一種可行的技術(shù)[35]。近年來，激光誘導(dǎo)熒光成像（laser induced fluorescenceimaging，LIF）已成為一種流行的組織診斷技術(shù)。該技術(shù)是組織診斷的流行選擇，因為它依賴于目前使用的內(nèi)窺鏡成像程序，并且不需要添加外源性報告染料來獲得組織狀態(tài)的診斷信息。由于到達胰管和膽管所需軸的劇烈彎曲，半柔性的光纖成像束不是臨床的選擇，而SFE可能是一個理想的解決方案?；隗w外LIF光譜分析，利用炎癥性腸病模型檢測癌前病變到癌變的進展，開發(fā)了一種具有LIF 的SFE。

一種用于進行食管鏡檢查的栓系SFE“膠囊”已經(jīng)開發(fā)出來，這可能代表了栓系WCE 的進化?；颊咄滔逻@個設(shè)備，圖像就會通過單根光纖實時傳輸?shù)教幚砥髦?，與之形成對比的是，連接在一起的WCE 可以存儲圖像供以后查看。使用SFE 膠囊會出現(xiàn)實時圖像，實時圖像意味著病理圖像和潛在問題可以在當時立刻被識別出來。這項技術(shù)的發(fā)展速度很快，像頭發(fā)一樣細的原型設(shè)備分辨率更高，目前正在開發(fā)中[36]。

4 結(jié)語

微型胃腸道內(nèi)窺鏡檢查有許多形式，在許多方面是一個相對的術(shù)語。由于認識到內(nèi)窺鏡是一種侵入性的手術(shù)，患者很容易感到明顯的不適，而且要進入胃腸道需要現(xiàn)有設(shè)備的發(fā)展，因此更窄口徑的內(nèi)窺鏡被生產(chǎn)出來。目前微型內(nèi)窺鏡的三個主要領(lǐng)域是超薄設(shè)備、掃描纖維內(nèi)窺鏡和無線膠囊。在這些領(lǐng)域中，許多產(chǎn)品正在以最快的速度開發(fā)。胃腸道內(nèi)窺鏡的作用大致可分為診斷和治療兩方面。從醫(yī)療保健的角度來看，很明顯，一種診斷胃腸道疾病的適當準確的方法，它比標準內(nèi)窺鏡更容易接受，最終也更劃算，值得在未來的實踐中予以重視。篩查各種胃腸道疾病，特別是惡性和前惡性條件是一個局部問題。相信UTE 和WCE等微型設(shè)備可以帶來高質(zhì)量的篩查服務(wù)，滿足臨床更高水平診療的需求。

內(nèi)窺鏡的未來在于新成像技術(shù)的發(fā)展，使醫(yī)生能夠看到大體解剖結(jié)構(gòu)以外的生物功能。組織的分子特性擁有豐富的信息，揭示了組織行為的細節(jié)，當正確成像時可以發(fā)現(xiàn)。癌癥等疾病是由多種基因變化引起的，因此，細胞和組織的體內(nèi)分子表達模式可以為醫(yī)生提供如何改善患者管理的信息。共聚焦和雙光子顯微技術(shù)是一種令人興奮的新技術(shù)，可以實時進行光學切片，以觀察組織的亞細胞細節(jié)，提供“原位組織學”。這些圖像正在使用先進的微型掃描機制來創(chuàng)建，該機制可以以高速運行來克服運動偽影。如上所示，小型內(nèi)窺鏡設(shè)備如SFE 和磁引導(dǎo)WCE 的診斷能力增強了今天的實踐。通過微型內(nèi)窺鏡提供的增強通道，未來可能通過結(jié)合機器人和遠程控制系統(tǒng)實現(xiàn)止血和藥物輸送等治療干預(yù)。