荧光内镜在医疗诊断中的应用观察

叶衍铭，戈之铮，萧树东，龚帅，郑家骠，夏敬芳，叶翔上海交通大学医学院附属仁济医院荧光内镜课题组，上海市，200127

荧光内镜在医疗诊断中的应用观察

【作 者】叶衍铭，戈之铮，萧树东，龚帅，郑家骠，夏敬芳，叶翔上海交通大学医学院附属仁济医院荧光内镜课题组，上海市，200127

癌前病变和早期肿瘤因没有明显的形态特征，肉眼难于发现，常规诊断手段也不易识别。荧光内镜利用能精确反映组织内部微小变化的荧光技术，使这一状况产生突破性的改变。该课题组利用荧光内镜对200例消化道恶性肿瘤患者进行检测，初步得到总的诊断准确率、敏感性、特异性分别为94.0%、94.6%、93.5%的良好效果。由此可见，荧光内镜检查对消化道恶性肿瘤的诊断具有很高的敏感性，在病变形态特征不明显的情况下较普通内镜有更大的优势，易于发现肉眼难以识别的可疑病灶。并且可在图像指示下精确引导活检，对提高早期癌的检出率具有重要意义和广阔的发展前景。

荧光内镜； 消化道肿瘤； 诊断； 应用前景

荧光内镜(light-induced fluorescence endoscope, LIFE)系统[1-2］，能够实时动态地提供内镜所观察部位之组织的真彩色图像和组织的伪彩色的自体荧光图像。如图1所示，其中真彩色图像是采用白光照明通过传统的光学成像方法得到，通过组织真彩色图像能真实看清组织结构的形态特征；而组织的伪彩色的自体荧光图像是采用目前国际上最先进的荧光比值成像技术得到[3]。荧光比值成像技术与传统的光学成像技术的明显区别是在于对组织中产生的荧光具有极高的分辨能力。荧光比值成像是使用紫光照明激发组织产生荧光的，组织产生荧光后被系统中特殊的高分辨率的图像传感器接收，并分别记录组织发出的红色与绿色自体荧光图像，经过特殊图像处理方法分别计算两组图像各点荧光强度，点对点进行比较，将这一比较选用不同伪彩色进行表示，由于正常组织表现为绿的荧光特征在荧光图像中自然表现绿的伪彩色，异型增生或癌变组织因红、绿荧光之比高于正常组织，则表示为红的伪彩色。通过能反映癌症可疑病灶的自体荧光伪彩色图像与白光照明的真彩色图像对照观察，来明确可疑病灶发生部位及其形态特征。

图1 使用荧光内镜对疑似癌症患者进行检查Fig.1 Suspected cancer patient were receiving fluorescence endoscopy examination

荧光内镜在消化道检测中使用非常方便和简单。在检测时先将荧光内镜中胃镜（肠镜）在白光照明下插入患者体内，这时在荧光内镜的显示屏幕上会单窗口显示出胃镜到达部位的真彩色图像。医生边看图像边操作胃镜，改变胃镜前端探测头的位置，使它对准胃内需要检测部位，然后在胃镜的钳道孔中导入光纤，按下内镜中双光照明的功能开关，内镜显示屏上会从原来的单窗口显示模式改变为双窗口显示模式。在这双窗口显示中实现了检测部位的白光照明的真彩色图像和激发光照明的荧光伪彩色图像的同屏观察。同屏观察的双图像也会随着实时跟踪胃镜探测头对准部位变化而变化，显示动态的图像。在动态的荧光伪彩色图像中一旦出现红色像点就在当前的位置进行定格。根据定格后的图像就可知道癌变可疑病变发生的部位和周边组织的特征，为提高早期检出率起到重要的作用。

荧光内镜在消化道中检测非常快速和直观。荧光内镜的检测速度是以25 fps图像来计算的，即使在大范围快速扫描检测中数据都不会产生丢失，创造了快速发现癌变可疑病灶的能力。在另一方面，荧光内镜还采用了将肉眼难于识别早期癌变部位用红的伪彩色进行渲染，这相当于使仍在潜伏期内的早期癌症进行“变脸”来现出原形，用很直观、容易察觉的办法来提升识别能力和速度，实现快速诊断的目的。

我们使用荧光内镜对200例消化道患者进行检测（其中施行手术患者的新鲜离体样本为170例，门诊在体肿瘤检查患者30例），每个患者都象如图2所示那样分别在病灶部位和正常部位进行检测，记录下各不同部位的真彩色图像和荧光伪彩色图像。在荧光伪彩色图像中有红色像点出现的部位诊断为荧光阳性；没有红色像点出现的部位诊断为荧光阴性，然后荧光诊断结果以病理检查结果为标准进行比较，初步得到荧光内镜对200例患者总的诊断准确率、敏感性、特异性分别为表1所示。

表1 荧光内镜对200例消化道病变患者检测的结果Tab.1 Final diagnostic value of fluorescence endoscopy in 200 patients

从检测中所发现的在体检测的准确率没有离体检测的准确率高的原因可能是在进行病人体内检测时由于体外操控体内胃镜在有些部位难于达到最佳检测状态所致，也可能在体的肿瘤比离体肿瘤更多受到体内胃液（胃酸和粘液）和食物残渣等诸多因素影响使组织的荧光发射的稳定性变差所致，如何克服这些不良影响仍有侍我们今后进一步的研究。

图2 癌症患者病灶部位与正常部位的图像Fig.2 Fluorescence endoscopic images of cancerous lesion and normal site

综上所述，荧光内镜检查对消化道恶性肿瘤的诊断具有很高的敏感性和90%以上的准确率。且其检测方法简单、形象、直观，在病变形态特征不明显的情况下较普通内镜有更大的优势[4]。易于发现肉眼难以识别的可疑病灶，在图像指示下可精确引导活检，对提高早期癌的检出率具有重要意义[5]。

荧光内镜问世，利用能精确反映组织内部微小变化的荧光技术，将会使癌前病变和早期癌症因没有明显的形态特征，肉眼难于发现，常规癌症诊断手段也不易识别状况产生突破性的改变[6]。随着荧光内镜研究不断深入，荧光内镜性能指标不断提高，荧光内镜会在下面许多领域中得到应用：

(1) 发现癌前病变、早期癌变的可疑病灶 利用荧光内镜对癌前病变和早期癌症有特高的敏感性，可在人体中的许多重要脏器（胃、食道、肛肠、肺、腹腔、膀胱、宫颈）和体表各处可疑部位进行检测和筛查，及早及时发现癌变可疑病灶存在，为癌症患者提供最佳治疗的良机。

(2) 精确指示活检 利用荧光内镜可疑病灶显示部位指示活检，可以大大降低在无明显特征的早期癌变所施的盲目活检所造成的失误，为提高早期癌症的检出率和准确率都起到重要的作用。

(3) 恶性肿瘤使用靶向荧光药物（HPD）的荧光强度与分布检测 荧光内镜结合靶向荧光药物使用，极大地排除了组织荧光发射的个体差异以及难于避免的周围环境光反射对早期癌变诊断结果的不良影响和伤害，可把癌前病变、早期癌症的诊断提升到高度稳定和准确的层面上，将有可能创建出一个诊断早期癌症金标准的新平台。

(4) 癌症光动力学治疗过程跟综检测 可提供光动力治疗中各阶段的荧光信息，有利在治疗时对最佳光治疗时间和治疗剂量的准确选定和作出治疗效果正确的评估，合理设计治疗方案，完善治疗效果。

(5) 手术中导航指示 如在恶性程度高、预后差、易复发的脑颅内的脑胶质瘤的手术中进行导航指示，能更准确的识别肿瘤和正常脑组织，在尽可能大的保留患者脑的功能的前题下可以更精确切除全部病灶组织，提高手术的疗效。

(6) 术后残留病灶检测 采用荧光内镜对手术后的瘤床的扫描观察，可及时发现远端残存病灶、及瘤床周围的病变的淋巴节，进行及时清除，可大大改善手术预后效果和延长癌症患者宝贵的生命。

(7) 生物荧光图像检测 使用缩氨酸荧光液体对人体神经染色，导致神经和机体其他组织间的荧光形成了显著的区别，借助荧光内镜的检测即可轻易识别，避免手术中误伤肌体中的神经，这将大幅减轻外科医生的手术压力。

[1] DuVall GA, Kost J, Scheider D,et al. Laser induced fluorescence(LIF) endoscopy (E): a pilot study of areal-time(RT) dysplasia and Carcinoma in the gastrointestinal (GI) tract[J]. Endoscopy, 1996, 28: S45

[2] Prosst RL, Gahlen J. Fluorescence diagnosis of colorectal neoplasms: a review of clinical applications[J]. Int J Colorecal Dis, 2002, 17: 1-10.

[3] Dekker E, Fockens P. Advances in colonic imaging: new endoscopic imaging methods[J]. Eur J Gastroenterl Hepatol, 2005, 17(8): 803-808.

[4] Wong Kee Song LM, Wilson BC, Marcon NE. Diagnostic potential of light-induced fluorescence endoscopy in the colon[J]. Am J Gastroenterol, 2001, 96: S167-S168.

[5] Ohkawa A, Miwa H, Namihisa A, et al. Is the light induced fluorescence endoscopy (LIFE-GI) possible to differentially diagnose early gastric cancer and adenoma?[J]. Gastrointest Endose, 2001, 53: AB119.

[6] Haringsma J, Tytgat GN, Yano H, et al. Autofluorescence endoscopy: feasibility of detection of GI neoplasms unapparent to white light endoscopy with an evolving technology[J]. Gastrointert Endose, 2001, 53: 642-650.

多光谱荧光成像系统

德国弗劳恩霍夫制造技术与自动化研究所推出一种多光谱荧光成像系统，可用于诊断肿瘤诊断，并在日前德国杜塞尔多夫国际医疗器械展览会上展出。

在手术前将特殊的荧光染色剂注入病人的血液中，荧光分子会选择性地附着在恶性肿瘤组织上，用特殊的光波照射相应区域，荧光分子就会发光，并可同步显示图像。多种荧光染色剂可使用，不同的染色剂在不同组织中显示的颜色是不一样的，恶性肿瘤组织会呈现绿色、蓝色、红色或其他颜色。染色的可视性在很大程度上依赖该系统的一组荧光滤镜，即使在荧光亮度不高的条件下，这组滤镜也能将肿瘤上的荧光与普通荧光光波区分开来，从而区分癌变组织和周围的正常组织。荧光成像系统还可与其他染色剂结合使用。例如，5－氨基酮戊酸就是一种能让神经胶质母细胞瘤（一种脑肿瘤）“现形”的染色剂。5－氨基酮戊酸可将肿瘤染成红色，荧光成像系统同样可以检测出这种染色效果。

手术过程中，成像系统的软件可在几秒内分析和处理荧光形成的图像，并将图像同步投射到监视器上。一些仅有几毫米大小、容易被医生肉眼忽视的肿瘤残余，或癌细胞转移的踪迹都可以被显示出来。明年将对人体进行临床检测试验。

(本刊讯)

Clinical Observation of Fluorescence Endoscopy in Medical Diagnosis

【 Writers 】Ye Yanming, Ge Zhizheng, Xiao Shudong, Gong Shuai, Zheng Jiabiao, Xia Jingfang, Ye Xiang Fluorescence Endoscopy Research Group, Renji Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai, 200127

fluorescence endoscopy, gastrointestinal tumors, diagnosis, application prospect

R735

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2013.06.021

1671-7104(2013)06-0457-03

2013-05-21

上海市重大/重点科技攻关课题（10441901700）

叶衍铭，E-mail: yeyan_ming@yahoo.com.cn

【 Abstract 】It’s difficult to diagnose precancerous lesion and early cancer for a long time, because both of them haven’t typical morphological characteristics. As a novel diagnostic modality, fluorescence endoscopy can accurately reflect minimal changes in human’s tissue, thus making a meaningful progress for cancer diagnosing. 200 patients were examined by fluorescence endoscopy to evaluate the diagnostic value. The overall accuracy, sensitivity and specificity for detecting malignant gastrointestinal tumor was 94.0%, 94.6% and 93.5%, respectively. Thus, fluorescence endoscopy can be used to diagnose malignant gastrointestinal tumors with high validity and reliability, and is advantageous over conventional white light endoscopy especially in detecting the atypical and suspicious lesions. Furthermore, fluorescence endoscopy can also guide target biopsy, is significant to improve the early cancer detection rate, has a broad development prospect.