細胞內(nèi)鏡在上消化道疾病的應(yīng)用研究進展

細胞內(nèi)鏡在上消化道疾病的應(yīng)用研究進展

內(nèi)鏡診療技術(shù)的進步得益于內(nèi)鏡設(shè)備的發(fā)展，1805年P(guān)hilippBozzini首次使用硬式內(nèi)鏡對食管、膀胱、直腸進行觀察，開啟了內(nèi)鏡時代。1923年Schindler發(fā)明半屈式內(nèi)鏡，改進了內(nèi)鏡的柔韌性。1954年Hopkins再次改良內(nèi)鏡，第一代纖維內(nèi)鏡由此誕生，極大地提高了患者在檢查過程中的舒適度。消化內(nèi)鏡設(shè)備不斷更新，產(chǎn)生了能夠觀察黏膜微結(jié)構(gòu)的放大內(nèi)鏡，以及能觀察細胞結(jié)構(gòu)的共聚焦內(nèi)鏡和細胞內(nèi)鏡。細胞內(nèi)鏡是一款變焦式、放大倍數(shù)可達500倍的超放大內(nèi)鏡，其利用接觸式光學顯微鏡的原理，能在細胞水平對消化道黏膜進行觀察。本文就細胞內(nèi)鏡在上消化道疾病的應(yīng)用研究進展進行綜述。

一、細胞內(nèi)鏡的發(fā)展

第一代細胞內(nèi)鏡于2004年由Kumagai等報道，為導管式內(nèi)鏡附件，分為2種類型，分別能將組織放大至450倍和1125倍，但是操作煩瑣、檢查耗時長。2005年第二代細胞內(nèi)鏡面世，將放大附件與內(nèi)鏡合為一體，即在內(nèi)鏡下能夠自由切換放大倍數(shù)為80或450倍進行觀察，進一步提高了操作的便捷性。然而，固定的放大倍數(shù)并不能滿足內(nèi)鏡醫(yī)師對組織觀察的需求。2009年，第三代細胞內(nèi)鏡改用連續(xù)變焦的放大方式，實現(xiàn)了放大操作的連貫性，便于內(nèi)鏡醫(yī)師在內(nèi)鏡下定位病灶組織。2016年，第四代細胞內(nèi)鏡面世，與第三代相比，第四代細胞內(nèi)鏡的放大倍數(shù)提高至500倍，直徑縮小至9.7mm。隨著細胞內(nèi)鏡視野和操作技術(shù)的不斷優(yōu)化，使用細胞內(nèi)鏡篩查早癌具有良好的應(yīng)用前景。4代細胞內(nèi)鏡的特點見表1。

表1

4代細胞內(nèi)鏡的特點

項目

第一代

第二代

第三代

第四代

型號

XEC120U

XEC300F

GIF-Y0001

GIF-Y0002

GIF-Y0074/GIF-H290EC

放大倍數(shù)(倍)

1125

450

80或450

380

500

視野(μm)

120×120

300×300

400×400

700×600

570×500

焦距

固定焦距

固定焦距

固定焦距

變焦

變焦

直徑(mm)

3.2

3.2

11.6

10.7

9.7

特點

放大倍數(shù)大，但切換操作煩瑣、設(shè)備穩(wěn)定性差

優(yōu)化操作、難以定位

連續(xù)放大倍數(shù)有限

連續(xù)放大倍數(shù)提高、直徑較小

二、細胞內(nèi)鏡的染色方式

染色質(zhì)量是提高細胞內(nèi)鏡圖像質(zhì)量的關(guān)鍵，Kodashima等的體外實驗初步表明食管可用1%亞甲藍染色，胃與結(jié)腸的最佳染色方法為使用0.25%甲苯胺藍染色，最佳觀察時間均為染色后60s。Minami等提出結(jié)晶紫與亞甲藍雙重染色法(0.05%結(jié)晶紫與0.1%亞甲藍混合染色)同樣適用于食管的細胞內(nèi)鏡觀察。由于胃表面黏液層會干擾細胞染色，在進行染色前需使用鏈霉蛋白酶清除黏液，然后再使用結(jié)晶紫和亞甲藍進行染色。Goda等研究證實，0.5%甲苯胺藍是十二指腸黏膜的最佳染色劑。

在染色劑安全性方面，使用0.5%亞甲藍進行細胞染色存在損傷DNA的風險。一項針對亞甲藍損傷食管細胞DNA的研究表明，采用低濃度(0.05%)的亞甲藍進行染色可顯著降低亞甲藍對食管細胞DNA的損傷程度。結(jié)晶紫同樣能作用于DNA，有研究報道喂食小鼠結(jié)晶紫會使其甲狀腺癌的發(fā)病率增高。目前尚未有研究報道在內(nèi)鏡操作中使用結(jié)晶紫會使癌癥的發(fā)病率增高。

三、細胞內(nèi)鏡在上消化道疾病中的應(yīng)用

1．細胞內(nèi)鏡在食管疾病的應(yīng)用：

食管被覆鱗狀上皮，其表面黏液容易清除，容易進行細胞染色。基于食管表面細胞的特性，細胞內(nèi)鏡的應(yīng)用與研究最先于食管開展。

Kumagai等通過細胞內(nèi)鏡觀察亞甲藍染色后的正常食管上皮與早期食管癌組織，從細胞大小、排列，以及細胞核大小、染色情況、核質(zhì)比等方面鑒別正常食管與癌變食管。與正常食管上皮相比，早期食管癌在細胞內(nèi)鏡下表現(xiàn)為細胞大小不一、排列紊亂，細胞核染色不一，核質(zhì)比高。

Inoue等提出了一種食管的細胞內(nèi)鏡下異型(endocytoscopicatypia，ECA)分型，通過分析細胞大小、形狀、數(shù)量和核質(zhì)比將食管細胞內(nèi)鏡下表現(xiàn)分為5型(表2)。ECA1型鏡下表現(xiàn)為細胞較大，呈菱形，排列規(guī)整，細胞質(zhì)豐富，細胞核小，提示正常食管鱗狀上皮。ECA2型的細胞形狀較ECA1型變圓，細胞核大小不一，提示炎癥性或反應(yīng)性改變。ECA3型的細胞變小，密度更為密集，提示交界性病變。ECA4型的細胞數(shù)量增多，核質(zhì)比增高，提示惡性病變。ECA5型則明確為惡性病變，細胞大小不一，排列不規(guī)則，核質(zhì)比高。該分型對非惡性組織(Vienna分類1~3類)與惡性組織(Vienna分類4、5類)的鑒別準確度為82%。

表2

食管的細胞內(nèi)鏡下異型分型

分型

細胞

細胞核

組織學提示

1型

大而細胞質(zhì)豐富，呈菱形

核小居中

正常食管鱗狀上皮

2型

邊緣變圓

核大小不一

炎癥性或反應(yīng)性變化

3型

變小

核排列緊密

交界性病變

4型

數(shù)量增多

核質(zhì)比增高

提示惡性病變

5型

大小不一，排列不規(guī)則

核質(zhì)比高

明確惡性病變

Kumagai等提出了基于碘染色的細胞內(nèi)鏡分型，根據(jù)碘染色情況、細胞密度和核異型程度將食管細胞內(nèi)鏡下表現(xiàn)分為4型：0型指黏膜能夠被碘正常染色；1型指碘不染區(qū)域的細胞內(nèi)鏡下表現(xiàn)為核質(zhì)比低，細胞密度低，無核異型，提示正常上皮或炎癥；2型表現(xiàn)為碘不染區(qū)細胞密度增高而無核異型，提示交界性病變，需進一步行活體組織檢查(以下簡稱活檢)以明確診斷；3型表現(xiàn)為碘不染區(qū)核密度增加同時存在核異型，提示惡性病變。該分型鑒別惡性病變(Vienna分類4、5類)的靈敏度為94.7%，特異度為84.2%。

為提高細胞內(nèi)鏡下分型的臨床實用性，Shimamura等提出了改良ECA分型，分為正?；蜓装Y性改變、交界性病變和鱗狀細胞癌3型。該分型鑒別腫瘤與非腫瘤的靈敏度和特異度分別為88.7%~90.3%和52.1%~74.6%。

在食管炎方面，研究表明在反流性食管炎中，日本分型M級(黏膜無炎癥性改變，僅存在色調(diào)變紅)、A級和B級的細胞內(nèi)鏡下表現(xiàn)為細胞數(shù)量增多而無核異型；而C級和D級的細胞內(nèi)鏡下表現(xiàn)常不能與腫瘤性病變進行區(qū)分，仍需活檢進行病理診斷。在長段巴雷特食管中，通過結(jié)晶紫與亞甲藍雙重染色法，細胞內(nèi)鏡能有效觀察被腺上皮包圍的鱗狀細胞島，提示細胞內(nèi)鏡有望取代傳統(tǒng)的四象限活檢，指導長段巴雷特食管監(jiān)測中的精準活檢。細胞內(nèi)鏡可觀察到霉菌性食管炎的念珠菌菌絲，但白光內(nèi)鏡下僅可觀察到霉菌性食管炎的鵝口瘡樣變。此外，在嗜酸細胞性食管炎中，細胞內(nèi)鏡不僅能觀察到嗜酸性粒細胞，還能探及嗜酸性粒細胞的"雙核征"特征性改變。這表明細胞內(nèi)鏡下的特征性表現(xiàn)可輔助內(nèi)鏡醫(yī)師對霉菌性食管炎和嗜酸細胞性食管炎做出診斷。

2．細胞內(nèi)鏡在胃部疾病的應(yīng)用：

Sato等基于細胞內(nèi)鏡下所見與組織病理學表現(xiàn)提出了非腫瘤性胃黏膜的4種分型：1型黏膜的凹陷和乳頭狀突起光滑，隱窩上皮和細胞核幾乎無染色，未見浸潤細胞、壞死組織和碎片，為正常胃黏膜；2型可見延伸的、具有凹口的乳頭狀結(jié)構(gòu)，有壞死組織和浸潤細胞，隱窩上皮部分染色，偶可見扭曲結(jié)構(gòu)，提示慢性胃炎；3型為萎縮性胃炎，細胞內(nèi)鏡下表現(xiàn)為形狀和大小不規(guī)則的凹陷和乳頭狀結(jié)構(gòu)，可見分葉，邊界清晰，細胞浸潤和壞死組織少于2型；4型為腸化生，其乳頭狀外觀較3型更明顯，并可見杯狀細胞。對該分型預測幽門螺桿菌感染的能力進行分析，結(jié)果表明2+3+4型預測幽門螺桿菌陽性的靈敏度和特異度分別為100.0%和42.5%。

Abad等基于細胞和腺體結(jié)構(gòu)的不同提出了胃的細胞內(nèi)鏡下分型(表3)：1型的腺體表面光滑、邊緣柔和、腺腔寬，可見規(guī)則腺管開口分型(pitpattern)和規(guī)則排列、小而均勻的細胞核，提示非腫瘤黏膜；2型鏡下特征為密集而狹窄的腺體和規(guī)則排列、小而均勻的細胞核，提示腺瘤；3型可見不規(guī)則、粗糙、扭曲的腺體，腺腔結(jié)構(gòu)消失，細胞核深染色、排列不規(guī)則，提示惡性腫瘤。該分型診斷胃癌的準確度為83.7%。低年資醫(yī)師與高年資醫(yī)師使用細胞內(nèi)鏡分類法對胃癌的診斷趨于一致。

表3

胃的細胞內(nèi)鏡下分型

分型

腺體結(jié)構(gòu)

細胞核

組織學提示

1型

腺體表面光滑，邊緣柔和，腺腔寬，規(guī)則的腺管開口分型

小而均勻，排列規(guī)則，形狀圓但染色不佳

非腫瘤性組織

2型

腺體密集、狹窄

小而均勻，但染色不佳的圓核

腺瘤

3型

不規(guī)則、粗糙、扭曲的腺體，腺腔結(jié)構(gòu)消失

核大，排列不規(guī)則，深染色

惡性腫瘤

細胞內(nèi)鏡結(jié)合窄帶成像對胃癌的診斷能力優(yōu)于放大內(nèi)鏡結(jié)合窄帶成像。Horiuchi等通過單中心、回顧性隊列研究得出，專業(yè)內(nèi)鏡醫(yī)師使用細胞內(nèi)鏡結(jié)合窄帶內(nèi)鏡和放大內(nèi)鏡結(jié)合窄帶內(nèi)鏡診斷胃癌的準確度分別為84.0%和72.2%。

細胞內(nèi)鏡可以觀察到胃惡性腫瘤中病理組織學的特征表現(xiàn)。胃印戒細胞癌在細胞內(nèi)鏡下可呈現(xiàn)出特征性的"印戒征"，這與病理觀察到的印戒細胞相符，能夠為實時診斷提供關(guān)鍵信息。然而，細胞內(nèi)鏡的觀察深度僅為50μm，如果癌細胞未能擴散至黏膜表面，則細胞內(nèi)鏡無法觀察到"印戒征"而不能做出鏡下診斷。

3．細胞內(nèi)鏡在十二指腸疾病的應(yīng)用：

十二指腸腸壁薄，因其解剖學結(jié)構(gòu)的特殊性，取活體組織后容易出現(xiàn)纖維化，加大了內(nèi)鏡下剝離的難度。相較于活體組織病理診斷，細胞內(nèi)鏡有助于實現(xiàn)十二指腸的"光學活檢"，達到指導治療的目的。Hirose等根據(jù)十二指腸黏膜細胞核的大小和形狀、有無絨毛及其結(jié)構(gòu)，提出了表淺非壺腹部十二指腸上皮腫瘤的細胞內(nèi)鏡下分型：A、B和C型(表4)。結(jié)合染色，細胞內(nèi)鏡對非腫瘤性和腫瘤性病變的診斷準確度、靈敏度、特異度和陽性預測值均達90%以上。

表4

表淺非壺腹部十二指腸上皮腫瘤的細胞內(nèi)鏡下分型

分型

絨毛結(jié)構(gòu)

細胞核

組織學提示

A型

結(jié)構(gòu)規(guī)則，可見上皮細胞

小而圓，染色不佳，規(guī)則排列

非腫瘤性病變

B型

結(jié)構(gòu)模糊，表面上皮細胞減少

呈長型、梭形，染色強，極性不變

低級別上皮內(nèi)瘤變或異型增生

C型

絨毛結(jié)構(gòu)缺失，隱窩周圍細胞數(shù)量增多

大而不規(guī)則，染色不一

非浸潤性高度異型性腫瘤或浸潤癌

有研究通過細胞內(nèi)鏡對乳糜瀉患者的十二指腸進行觀察并分為3種表現(xiàn)。①正常絨毛結(jié)構(gòu)：絨毛細長，表面可見清晰的上皮細胞。②部分絨毛萎縮：絨毛變粗、變短，大小不一。③絨毛完全萎縮：絨毛結(jié)構(gòu)消失，可見隱窩開口。因細胞內(nèi)鏡觀察深度的局限性，其無法對絨毛結(jié)構(gòu)正常而有淋巴細胞浸潤的患者進行評估。

四、展望

從白光內(nèi)鏡到放大內(nèi)鏡，再到細胞內(nèi)鏡，放大倍數(shù)從0增加至500倍，觀察能力從宏觀結(jié)構(gòu)到細胞結(jié)構(gòu)，內(nèi)鏡診斷正在向病理診斷靠攏，實現(xiàn)內(nèi)鏡下的"光學活檢"指日可待。細胞內(nèi)鏡自首次被報道以來，已廣泛開展了相關(guān)研究，食管、胃、十二指腸和結(jié)直腸均已建立具有臨床意義的分型。

細胞內(nèi)鏡研究仍大有可為。①尚未建立病理組織與細胞內(nèi)鏡對照圖片庫，細胞內(nèi)鏡觀察缺乏"點對點"式的病理學對照。②缺乏充足的研究對細胞內(nèi)鏡與窄帶成像、藍激光內(nèi)鏡、放大內(nèi)鏡、共聚焦內(nèi)鏡的臨床診斷性能進行系統(tǒng)性評估。③缺少大數(shù)據(jù)、多中心、前瞻性臨床研究以評價細胞內(nèi)鏡的臨床診斷能力。④多數(shù)研究聚焦于"先攝片，后診斷"探討細胞內(nèi)鏡的診斷能力，對細胞內(nèi)鏡在上消化道實時診斷能力的研究仍有不足。

獲取高質(zhì)量圖像是提高細胞內(nèi)鏡診斷能力的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的細胞內(nèi)鏡研究仍存在染色不佳、圖像質(zhì)量低等缺陷。因此，探索高質(zhì)量染色法符合細胞內(nèi)鏡的發(fā)展需求。已有研究者通過黏膜下注射0.9%氯化鈉溶液提高鏡下亮度來改善圖像質(zhì)量。此外，高質(zhì)量的細胞內(nèi)鏡攝影對內(nèi)鏡醫(yī)師的操作穩(wěn)定性要求極高，開展光學技術(shù)研究對于提高操作穩(wěn)定性具有實際意義。

隨著人工智能醫(yī)學的開展，人工智能輔助細胞內(nèi)鏡的實時診斷能有效提高細胞內(nèi)鏡對早癌的實時診斷能力。Kumagai等以卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為訓練方式，使用4715張細胞內(nèi)鏡圖像(1141張惡變圖像和3574張非惡變圖像)對人工智能系統(tǒng)進行訓練并使用55例樣本進行驗證，細胞內(nèi)鏡診斷的總體準確度為90.9%，表明人工智能系統(tǒng)在食管細胞內(nèi)鏡觀察中具有良好的應(yīng)用前