消化內(nèi)鏡技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

姜春萌

(大連醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院 消化內(nèi)科，遼寧 大連 116027)

消化內(nèi)鏡經(jīng)歷硬式內(nèi)鏡、半可屈式內(nèi)鏡的前期探索，直至光導纖維的應(yīng)用，使之進入臨床廣泛使用成為可能。1957年，英國的Hirschowitz將集束光纖用于胃鏡設(shè)計，完美實現(xiàn)了胃鏡的大角度彎曲和整體的柔韌性，患者舒適性得到改善，醫(yī)生操作更加便利，并且圖像傳輸效率增強，胃鏡觀察更加清晰。20世紀60年代胃鏡真正進入了廣泛推廣應(yīng)用的階段[1-2]，并逐步增加了活檢孔道，注氣注水裝置，冷光源，照相裝置等。此后,在此基礎(chǔ)上還設(shè)計出適用于不同消化部位的纖維大腸鏡[3]、纖維支氣管鏡、纖維十二指腸鏡等專門類別，使內(nèi)鏡檢查進入軟式內(nèi)鏡階段，并且在操作性大大改善的前提下，開展了活檢以及息肉切除等治療技術(shù)的探索、開發(fā)。

1 現(xiàn)代內(nèi)鏡的硬件技術(shù)

1.1 電子內(nèi)鏡

隨著電子成像技術(shù)的出現(xiàn)及電子成像耦合元件的小型化，1983年，美國Welch Ally公司生產(chǎn)出首款電子胃鏡，為未來的內(nèi)鏡診斷、治療技術(shù)發(fā)展奠定了硬件基礎(chǔ)。此后的電子技術(shù)不斷改進，Olympus公司、PENTAX公司、FUJINO公司等內(nèi)鏡研發(fā)企業(yè)對電子胃鏡進行了不斷完善。

電子內(nèi)鏡主要由光學感應(yīng)系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和監(jiān)視器三個主要部分組成，電子胃鏡利用主機裝備的冷光源所發(fā)出的光，經(jīng)內(nèi)鏡內(nèi)的導光纖維將光導入受檢體腔內(nèi)，鏡身前端裝備的微型圖像傳感器(CCD)接受到體腔內(nèi)黏膜面反射來的光，將這些發(fā)射來的光轉(zhuǎn)換成電信號，通過導線將信號輸送到圖像處理系統(tǒng)，再經(jīng)過電信號貯存和處理轉(zhuǎn)換，最后傳輸?shù)奖O(jiān)視器中，并在屏幕上顯示出受檢臟器的彩色黏膜圖像[4]。高像素CCD的采用使電子胃鏡畫面更加完美清晰，并可以及時發(fā)現(xiàn)和治療原來難以發(fā)現(xiàn)和確診的早期微小病變。

感光元件除上述CCD之外，還有新近采用的互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)成像元件, 它可以避免信號傳輸過程的衰減，提供越來越高清的內(nèi)鏡圖像[5]。光源系統(tǒng)除氙氣燈、白光燈之外，又開發(fā)出激光、LED光源等新型內(nèi)鏡使用光源，進一步提高了照度，改善了圖像質(zhì)量。內(nèi)鏡的結(jié)構(gòu)也不斷得到完善，增加了副送水通道，便于手術(shù)視野的清洗，是內(nèi)鏡手術(shù)必不可少的環(huán)節(jié)；大腸鏡的可變硬度調(diào)整，使插入腸道的過程順應(yīng)性更好，更容易通過，提高了舒適性和可操作性。此外，配合內(nèi)鏡手術(shù)的各種切開、縫合、注射、支撐等器具，以及CO2氣泵、水泵等也日趨完善。人類對于內(nèi)鏡功能的需求，促進了其技術(shù)不斷進步。一方面，利用如今的放大技術(shù)不僅能看清黏膜的微觀腺體結(jié)構(gòu)變化，而且能觀察到細胞甚至細胞器；另一方面，臨床醫(yī)生不僅希望能看清黏膜層病變，也希望能看清黏膜下病變、消化道管壁外其它器官和組織的病變。

黏膜病變的主要改變是病灶處黏膜腺管微結(jié)構(gòu)和微血管形態(tài)的改變，當病變輕微或者早期時，在白光內(nèi)鏡下這些改變不易用肉眼區(qū)分。因此研究人員根據(jù)光學原理和后期計算機圖像處理技術(shù)，研發(fā)出了多種用于判斷黏膜早期病理變化的電子成像技術(shù)，被臨床醫(yī)生稱為“電子染色”，這些影像技術(shù)往往需要與內(nèi)鏡放大技術(shù)配合使用才能更準確識別病灶的性質(zhì)[6]。

窄帶成像技術(shù)(narrow band imaging，NBI)，是奧林巴斯公司開發(fā)的技術(shù)，利用分光鏡將寬幅的白光分離，保留410 nm波長的窄帶光，分別顯示黏膜下和黏膜淺層的血管結(jié)構(gòu)，結(jié)合放大功能，可以容易地辨別病灶的邊緣、腺管開口結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)強調(diào))、血管構(gòu)象(血管強調(diào))[7]，從而在內(nèi)鏡下即可做出癌與非癌的判斷，并且對分化程度也可做出判斷，對腸化生、異型增生等癌前疾病或病變也能很好判斷，提高活檢的準確性，提高病理診斷的陽性率，從而指導下一步治療措施的選擇[8]。

藍激光成像技術(shù)(blue laser imaging，BLI)[9]，由富士公司開發(fā)，不同于NBI的分光獲取窄帶光的方法，BLI是通過主機發(fā)出的410 nm 的藍色激光，其工作機制與NBI一致，但亮度更高，視野更深，并配合其聯(lián)動成像(LCI)技術(shù)[10]，使病灶的發(fā)現(xiàn)更容易。富士智能色素內(nèi)鏡(fuji intelligent chrom-endoscopy，F(xiàn)ICE)，是富士公司較早的染色內(nèi)鏡方法[11]，是后期濾光處理的圖像，也具備結(jié)構(gòu)強調(diào)和血管強調(diào)功能。

I scan技術(shù)是賓得公司的技術(shù)，包括CE、TE、SE和OE等電子染色模式[12]，其中OE[13]技術(shù)的結(jié)構(gòu)和血管強調(diào)圖像，與NBI和BLI圖像效果基本相當，也是一種很實用的電子染色內(nèi)鏡技術(shù)。

中國深圳的開立公司采用光電復合染色成像技術(shù)(variable intelligent staining technology, VIST)，也獲得了不錯的影像增強效果。

光學變焦放大，隨著放大倍數(shù)的增加，對微觀結(jié)構(gòu)的辨別能力也可增加，因此內(nèi)鏡的光學放大也得到了長期關(guān)注，并且不斷被改進[14]。目前各個廠家新的內(nèi)鏡光學變焦放大倍數(shù)多在80～120倍以上，能在內(nèi)鏡下看到細微腺體結(jié)構(gòu)，配合上述內(nèi)鏡電子染色技術(shù)，對黏膜上皮病變的結(jié)構(gòu)異型性可以做出準確判斷，而結(jié)構(gòu)異型性是病理學診斷惡性疾病的重要依據(jù)。

1.2 共聚焦放大內(nèi)鏡

共聚焦放大技術(shù)是科研、工業(yè)領(lǐng)域的先進放大技術(shù)，可以實現(xiàn)千倍以上的放大效能。共聚焦內(nèi)鏡設(shè)備是在內(nèi)窺鏡頭端整合一個激光共聚焦探頭，采用特異性的熒光劑，然后用激光激發(fā)，產(chǎn)生人體局部組織熒光效應(yīng)，通過共聚焦探頭，獲取各層面的組織學圖像。共聚焦的放大倍數(shù)可以達到1000倍，探查深度可以達黏膜下250 μm，不僅可以顯示黏膜組織的腺管微結(jié)構(gòu)，甚至可以很好地顯示細胞形態(tài)，真正達到病理學要求的對組織結(jié)構(gòu)異型性和細胞形態(tài)異型性的全面判斷，可以達到活體組織病理學診斷的境界[15]。近來開發(fā)的共聚焦微探頭，還可以用于膽管、胰管內(nèi)部的探查，為準確判斷這些內(nèi)鏡難以到達的狹小部位提供新的手段。

1.3 十二指腸鏡

十二指腸鏡是專門設(shè)計的用于十二指腸乳頭操作的特殊鏡種類，采用側(cè)向鏡頭，稱為側(cè)視鏡，并設(shè)置抬鉗器，方便經(jīng)內(nèi)鏡向膽管、胰管內(nèi)插入各種器械，對膽管、胰管注入造影劑。在X線透視下進行造影診斷技術(shù)(ERCP)[16]，可對胰膽管疾病進行診斷，并進行膽管、胰管結(jié)石取出、梗阻性黃疸引流，胰膽腫瘤的姑息治療等，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)開展40余年。

常規(guī)的胃鏡、十二指腸鏡均無法進入膽管、胰管，不能取得直觀的內(nèi)鏡光學診斷。但隨著膽(胰)管鏡的研發(fā)成熟，目前可以經(jīng)過十二指腸鏡鉗道插入膽管或胰管，進行膽(胰)管內(nèi)部腫瘤、炎癥的精確觀察，可以取活檢，并且可以導入激光直視下進行膽管內(nèi)激光能量碎石，使內(nèi)鏡治療胰膽疾病這一比較“老”的技術(shù)煥發(fā)出新的活力。

1.4 超聲內(nèi)鏡(endoscopic ultrasonography, EUS)

20世紀80年代，美國公司首次將微型超聲探頭與內(nèi)鏡組合進行了動物實驗，實現(xiàn)了光鏡引導下的體內(nèi)超聲檢查，經(jīng)與PENTAX公司合作，使超聲內(nèi)鏡成功應(yīng)用于臨床[17]。超聲內(nèi)鏡又稱為內(nèi)鏡超聲，與體表超聲不同，是將微型高頻超聲探頭安置在內(nèi)鏡頂端，內(nèi)鏡插入體腔后，在內(nèi)鏡直接觀察消化道黏膜病變的同時，可利用內(nèi)鏡下的超聲行由黏膜層向外的掃描，可以獲得胃腸道的層次結(jié)構(gòu)的組織學特征及周圍鄰近臟器的超聲圖像，從而進一步提高內(nèi)鏡和超聲的診斷水平。目前EUS引導下的各種技術(shù)也獲得突飛猛進的發(fā)展[18-20]。

1.5 膠囊內(nèi)鏡

2000年，以色列的Given Imaging公司推出世界上第一個膠囊式內(nèi)窺鏡，率先進入臨床使用[21]。由膠囊大小的微型照相機(膠囊內(nèi)鏡)、數(shù)字處理系統(tǒng)和無線收發(fā)系統(tǒng)等組成，受檢者將膠囊內(nèi)鏡吞咽下后，可將受檢者消化道圖像無線傳送到體外背負的無線接收器，最后由數(shù)字處理系統(tǒng)將全部影像錄入電腦進行判讀分析，可以較完整采集小腸的圖像，但是對推進很快的食管、腔室很闊的胃和大腸均不能達到滿意的觀察效果。隨后世界多個國家跟進了膠囊鏡的生產(chǎn)研發(fā)，中國的安翰公司以及國內(nèi)外多家機構(gòu)都在研發(fā)體外磁控膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)，實現(xiàn)了內(nèi)鏡姿態(tài)的“遙控”，可以對胃腔的各個部位做人工體外操控觀察，完整篩查胃黏膜及小腸黏膜情況[22]。目前膠囊內(nèi)鏡還在不斷研發(fā)中，未來可能用于黏膜活檢甚至手術(shù)操作[23]。

2 現(xiàn)代內(nèi)鏡診斷治療技術(shù)

2.1 色素內(nèi)鏡檢查

色素內(nèi)鏡是指用不同的色素溶液，對黏膜進行噴灑或口服，通過黏膜表面輪廓顯示或吸收特性的不同，區(qū)分癌變與非癌黏膜。食管黏膜染色常用可吸收的盧戈氏碘溶液噴灑，癌變的上皮不吸收碘，從而淡染或不染，與正常黏膜區(qū)分明顯。胃腸黏膜則常用非吸收型的靛胭脂溶液噴灑，可以顯示黏膜表面的微細輪廓變化，使病變區(qū)域的表面、邊界更易區(qū)分[24]，還有其他許多染色劑被用于色素內(nèi)鏡檢查。盡管現(xiàn)在電子染色技術(shù)已經(jīng)很成熟，色素內(nèi)鏡依然有它臨床應(yīng)用價值，可以與電子染色內(nèi)鏡聯(lián)用。

2.2 黏膜小病灶的切除

胃腸黏膜小病灶，主要是息肉的切除,是內(nèi)鏡切除的早期切除技術(shù)，主要是冷切割或用電凝電切設(shè)備進行凝固切除，目前已經(jīng)廣泛普及到各級開展內(nèi)鏡診療的醫(yī)療機構(gòu)。

2.3 黏膜層大病灶的切除

黏膜層大病灶的切除主要代表技術(shù)是EMR(endoscopic mucosal resection)[25]和ESD(endoscopic submucosal dissection)[26]。前者適用于<1.5 cm的病灶，后者可以切除更大的病灶。ESD技術(shù)首先在日本得到成熟發(fā)展，針對早期癌或癌前病變，直徑>1 cm。基本步驟是通過內(nèi)鏡首先準確判斷病灶邊界，進行電凝標記邊界，然后進行黏膜下層注射，使病灶黏膜下層充滿液態(tài)，分離黏膜層與肌層，再用適當?shù)碾娗懈畹毒哐刂后w擴張的黏膜下層切割，將病變黏膜整塊切除。適應(yīng)證掌握正確情況下,手術(shù)治愈率與外科手術(shù)不相上下。

2.4 突破管腔黏膜層限制的內(nèi)鏡手術(shù)

既往認為內(nèi)鏡操作出現(xiàn)了肌層破損即為嚴重并發(fā)癥，需要急診外科手術(shù)。這種觀念隨著內(nèi)鏡切除技術(shù)的不斷進步已經(jīng)徹底顛覆，有許多內(nèi)鏡手術(shù)是針對消化管壁肌層甚至肌層外病灶進行的，如POEM技術(shù)針對賁門失弛緩癥[27]，建立黏膜下層隧道，內(nèi)鏡進入后將持續(xù)痙攣部位的食管賁門肌層切斷，然后封閉隧道口即可，達到外科Heller手術(shù)相同的效果，而不需要經(jīng)胸壁、縱膈入路。同樣生發(fā)于肌層的間質(zhì)瘤等各種腫瘤也可經(jīng)內(nèi)鏡順利切除[28-29]，不需開腹或腹腔鏡，患者基本可以避免手術(shù)疼痛。

2.5 經(jīng)自然腔道內(nèi)腔手術(shù)

切除或切開肌層病變并未使內(nèi)鏡研發(fā)的腳步停下來，經(jīng)自然腔道內(nèi)鏡手術(shù)(natural orifice translumenal endoscopic surgery，NOTES)已經(jīng)逐步展開，并且取得越來越多的成功術(shù)式。目前開展相對多的是經(jīng)胃或經(jīng)直腸、經(jīng)陰道入路的內(nèi)鏡保膽取石術(shù)，膽囊息肉切除術(shù)，闌尾切除術(shù)，附件相關(guān)手術(shù)，腎臟、腎上腺切除等許多需要傳統(tǒng)外科切除的疾病[30]。盡管如此，NOTES手術(shù)目前尚處于探索階段，還有許多未解的理論問題，比如腹腔的無菌觀念是否可以顛覆。因為內(nèi)鏡入路的器官消毒及內(nèi)鏡消毒均不能達到外科手術(shù)的要求；內(nèi)鏡手術(shù)器械尚無針對腹腔內(nèi)專用設(shè)計，縫合尚不完美，有大量金屬夾會遺留腹腔內(nèi)，手術(shù)的術(shù)式尚待優(yōu)化統(tǒng)一等。

2.6 膽胰疾病內(nèi)鏡手術(shù)

1970年代即開始的ERCP技術(shù)，奠定了膽道胰腺疾病的內(nèi)鏡治療基礎(chǔ)，這是內(nèi)鏡治療技術(shù)開展最早的項目之一，目前已經(jīng)成為膽總管結(jié)石、壺腹周圍癌以及許多胰腺疾病的一線治療手段。隨著超聲內(nèi)鏡的發(fā)展，經(jīng)口膽管鏡(spy glass)的成熟，胰膽疾病的內(nèi)鏡治療技術(shù)得到進一步提高，直視下膽(胰)管激光碎石等應(yīng)運而生。EUS的成熟開展，經(jīng)超聲引導的非乳頭入路的膽管引流術(shù)(EUSBD)[31]可以替代部分復雜ERCP手術(shù)；復雜重癥胰腺炎的膿腫清創(chuàng)不再開腹，直接由內(nèi)鏡經(jīng)胃入路引流，更接近病灶，減少外科開腹入路的系列并發(fā)癥，胰腺假性囊腫也可以經(jīng)超聲胃鏡引導輕松引流消失。還有更多的胰膽疾病新的內(nèi)鏡手術(shù)術(shù)式不斷涌現(xiàn)。

2.7 其他治療

經(jīng)內(nèi)鏡可以進行胃腸短路(旁路)手術(shù)[32]，不僅可以解決上幽門下十二指腸部位梗阻性疾病的姑息消化通路建立的問題，還可用于代謝綜合征的治療。通過內(nèi)鏡將胃與小腸建立吻合通道，使食物繞過十二指腸，對胰腺的食物激發(fā)減少，從而降低化學性消化作用，減少食物消化吸收，同時改變胰島素分泌不足，對代謝綜合征取得療效。也有的醫(yī)生用ESD技術(shù)，通過整片剝離胃體大彎側(cè)黏膜，形成術(shù)后瘢痕，相當于外科手術(shù)的袖狀胃，可以達到減少進食的目的，也能取得明顯的減重效果。經(jīng)內(nèi)鏡胃造瘺術(shù)則是對因各種原因不能經(jīng)口進食的患者建立簡便有效的喂飼通道。

3 展 望

隨著AI技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助的診斷和檢測技術(shù)已經(jīng)初步建立，可以對病灶性質(zhì)、分類做出準確判斷，可以大大提高早期癌的識別率[33]，從而為早期癌的內(nèi)鏡治療提供更多機會，并且可以準確在手術(shù)過程中劃定病灶邊界，避免病變切除不完整。人工智能不僅能實現(xiàn)診斷輔助，還可自主學習，未來可實現(xiàn)半自動或全自動的內(nèi)鏡手術(shù)操作。膠囊內(nèi)鏡與AI技術(shù)的結(jié)合可以實現(xiàn)自動識別病灶、活檢、手術(shù)，定向給藥，自動定位等。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步，不僅遠程培訓成為可能[34]、遠程操作機器人內(nèi)鏡也成為可能，中國楊云生團隊研發(fā)的YunSRobot在4G網(wǎng)絡(luò)下成功實現(xiàn)在胃鏡訓練模型上的遠程內(nèi)鏡檢查全過程，內(nèi)鏡檢查時間、檢查的完整性、安全性與現(xiàn)場操作無顯著差異[35]。隨著5G技術(shù)的到來，遠程操作將更加可靠。