微型胃肠镜的发展和展望

薛春香

几十年来，胃肠内窥镜检查已经成为诊断和管理消化系统疾病实践中的重要组成部分。自从这一新技术应用以来，已经采取了各种方法去提高其安全性，并对其可以进一步发挥的作用提出了挑战，其中一个方面旨在促进解决各种临床问题的微型内窥镜的发展。微型内窥镜设备的发展在很大程度上取决于光学技术的发展及其在临床中的应用。

在临床实践中，使用较小口径的内窥镜装置可以使侵入性胃肠道手术的耐受性和安全性得到改善，使药物更好吸收，后续更好护理，有利于更广泛地进行各种胃肠道疾病的人群筛查。然而其需要较少镇静和较少并发症的优点增加了有关微型内窥镜的成本效益的争论。本综述中探讨的三个主要内容是超薄内窥镜检查（ultrathin endoscope，UTE）、无线胶囊内窥镜（wireless capsule endoscope，WCE）检查和扫描纤维内窥镜检查。

1 UTE 检查

UTE 在总体设计上与标准内窥镜相似，其中的控制部分包括尖端偏转刻度盘、一个空气/水通道和一个吸入/附件通道，彩色图像由位于仪器尖端的电荷耦合器件芯片产生。一些型号具有先进的成像功能（如窄带成像）。一家制造商（EC-3890K，Pentax，Montvale，NJ，USA）提供了一种光纤模型。大多数UTE 都与标准光源和处理器兼容。其中一种型号（TNE-5000，Vision Sciences， Orangeburg，NY，USA）有便携式处理器和内置光源，用于办公室使用。UTE在胃肠病学中有许多用途，它们被誉为安全、经济和易于使用的工具，具有标准内窥镜不具备的优点。有研究报道，既往有20 名健康志愿者使用奥林巴斯GIF-N30 设备进行了食管胃十二指肠镜（esophagogastroduodenoscopy，EGD）检查[1]，这是首次记录的使用非镇静超薄内镜检查的情况。除了诊断程序外，非镇静超薄内镜检查在治疗方案中也取得了不同程度的成功，如自扩张金属支架置入、小肠梗阻的长肠管置入以及一些内镜逆行胰胆管造影病例[2-4]。

窄口径内窥镜最初设计于20 世纪70 年代[5]，用于儿科患者。UTE 轴直径一般在6 mm 左右或更小，可以通过鼻腔插入进行经鼻内镜检查，并有一个可清洗的内部通道，并与标准内窥镜一样被重新处理。最新的设备具有一次性外护套，不需要再处理，因为可重复使用的部分不与患者接触，并允许使用同一设备快速连续地进行多次检查；光源、处理器和屏幕集成到便携式数字处理器中[6-7]。超薄经鼻内窥镜可采用导入器法通过食管直接插入胃腔，无需通过口腔[8]。这项技术结合便携式内窥镜的使用，可在选定的高危病例中降低心肺副反应的风险[9]。

几项大型研究表明，超薄型食管胃十二指肠镜（esophagogastroduodenoscopy， EGD）是可行的，且耐受性良好。在一项对611 名接受经鼻食管镜检查的患者的研究中，检查成功率为97%[7]。使用耐受性评估评分，未镇静经鼻内镜检查（transnasal endoscopy，TNE）患者的报告与镇静常规EGD 检查相当[10]。非镇静UTE 检查的耐受性、安全性和有效性被很好地应用于食管疾病的内镜筛查，如Barrett’s 食管（Barrett's esophagus，BE）和食管静脉曲张[10-12]。使用非镇静UTE 检查可以可靠地诊断BE，使用较小的活检钳进行肠化生的成形率与镇静常规EGD 检查的成形率相当。在美国Barrett 对209 名患者进行的筛查研究中，与使用镇静剂的镇静常规EGD 检查相比，未使用镇静剂的TNE的成本显著降低，移动内窥镜的成本被证明比TNE 的成本更低[13]。

UTE 确实有缺点和局限性。低口径内窥镜对其组成部分（如活检和治疗干预的通道）的承载能力较低；与EGD 相比，图像分辨率相对较低。尽管非镇静薄层EGD是高危地区早期胃癌大规模筛查的一个有吸引力的选择。然而，薄层EGD 诊断早期肿瘤的敏感性显著低于内窥镜（58.5%∶78.6%，P=0.021）。因此在日本等高发国家，UTE 对早期浅表胃癌的诊断准确性仍然容易受到质疑。

2 胶囊内窥镜

WCE 的使用在2000 年首次被描述，自2001 年国家食品和药品监督管理局批准以来得到了广泛的使用。WCE 在用于识别小肠出血中普遍应用，它还是一种可靠的克罗恩病检测方法，诊断率高达71%；如果通过通畅性研究降低胶囊潴留的风险，则具有较高的安全性[14]。通过扩大视场和增加记录图像的数量，还包括自适应帧率的发展，它的诊断率在不断地提高[15]。研究人员已经开发了各种软件工具，以减少阅片时间，同时保持诊断产量[16]。它们的属性包括删除几乎相同的图像，临时选择最突出的图像和多视图模式[17]。即使是非常有经验的技师在鉴别病理方面也存在局限性。因此，人工智能在WCE 中的运用现在被认为是一个非常可能实现的前景。目前，可应用的技术仍处于初始阶段，但随着时间的推移，以及患者和医生的接受程度，这些困难都能被克服[18]。

除了诊断小肠病理外，结肠胶囊内窥镜（colon capsule endoscope，CCE）可以缓解日益增长的结肠镜需求所带来的资源紧张、盲肠插管失败的可能性以及由于对传统内镜检查的耐受性较差而导致的患者摄取不良[19]。第二代CCE-2 具有实时的双向视图，还包含息肉大小估计功能和灵活的光谱成像颜色增强可视化[20]。如果肠道准备良好，CCE-2 检测＞6 mm 和＞10 mm 息肉的敏感性和特异性超过85%，可适用于筛检[21]。在对照研究中，CCE 在评估炎症性肠病患者结肠黏膜方面也可与结肠镜检查相媲美[22]。

食管疾病也可使用WCE 来检测。一项盲法研究将EGD 作为金标准与PillCam ESO 2 设备（Given Imaging Ltd，Yoqneam，Israel）进行比较，获得了对BE 和食管炎的预期检出率，EGD 的敏感性为100%，特异性为74%；PillCam ESO 2 设备的敏感性为80%，特异性为87%[23]。对于BE 的检测，早期的结果是混合的，因此提倡在相关人群中进行进一步的大规模研究[24]。WCE 在未来食道静脉曲张的筛查和监测中也可能占有一席之地。目前的文献中，WCE 集合敏感性为72%，不支持使用EGD[25]。

由于非驱动的无线胶囊体积大，阻碍了完全可视化，因此很难完全检查胃腔。然而，一项可行性研究表明，用1 L 含西甲硅氧烷的水可以获得良好的上消化道视图[26]。如果有更先进的软件，包含更大的帧率以及人工智能的应用，也可能增强这种方法的诊断准确性。磁驱动胶囊还有助于降低电力存储需求，从而为介入工具提供潜在的空间[27]。microcam-Navi（Intromedic，Seoul，South Korea）是一种胶囊，可以由外部手持磁铁控制，在难治性缺铁性贫血患者中，它比胃镜检查更容易识别病理。一项研究报道MACE 对食管静脉曲张和BE 的诊断敏感性分别为73.3%和100.0%[28]。为解决外部磁铁的重量和潜在的操作员疲劳的问题，Navicam 系统（AnXRobotica，上海，中国）被开发了出来。它配备了预先编程的、自动化的和计算机生成的操作，已被用于胃癌高流行人群的检测，对无症状患者的初步可行性研究显示其敏感性为90%[29]。阅读时间可以短至14 min，相当于胃镜检查包括术前准备仪器的时间。一项针对上腹部主病患者的多中心盲法研究采用机器人辅助磁引导WCE检查，并以传统胃镜检查金标准进行检查，结果发现上、下胃局灶性病变的检测具有相当的准确性[30]。该设备在缺铁性贫血患者中也显示出比EGD 更好的诊断率。证据表明，WCE 在胃肠道疾病的诊断未来将发挥更大的作用，但需要更多研究来确定哪些表现值得广泛应用[31]。

3 扫描单纤维内窥镜

新形式的光学技术已被开发，以满足内镜成像的需求，其分辨率比UTE 的更高[32]。扫描单纤维内窥镜（scanning single fiber endoscope，SFE）技术有望成为一种超薄且灵活的内窥镜[33]，其形状和大小类似于导管。然而，成像的方法完全不同于所有白光内窥镜，SFE 扫描聚焦在组织上的红、绿、蓝激光，背散射光由几根光纤收集，由计算机一次一个像素生成图像。虽然只投射到组织上的光带很窄，但提供了极佳的颜色保真度。其成像质量优于类似口径的UTE。在胃肠道内窥镜检查中，SFE 可作为常规内窥镜的辅助检查，同时也可进入胆道树和胰腺等不易进入的区域，可以更全面地显示病变。

光谱编码扫描纤维内窥镜使用内窥镜探头发射的多色光，编码波长，然后从表面反射，在体外解码，产生一维图像。仪器的旋转为可视化表面的二维图像构建信息。使用单纤维的光谱编码内窥镜可以进行三维拓扑分析和实时地下成像[34]。这种多光谱SFE 可与白光内镜联合使用，收集广域荧光图像，可以早期发现不典型增生和癌变。虽然在动物模型方面的研究已经取得了进展，但还需要开发这种分析人体组织的技术。

小尺寸的SFE 适用于胆道树和主胰管内部的光学成像。与目前的胆管镜工具相比，直接观察这些区域的分辨率更高，是一种可行的技术[35]。近年来，激光诱导荧光成像（laser induced fluorescenceimaging，LIF）已成为一种流行的组织诊断技术。该技术是组织诊断的流行选择，因为它依赖于目前使用的内窥镜成像程序，并且不需要添加外源性报告染料来获得组织状态的诊断信息。由于到达胰管和胆管所需轴的剧烈弯曲，半柔性的光纤成像束不是临床的选择，而SFE可能是一个理想的解决方案。基于体外LIF光谱分析，利用炎症性肠病模型检测癌前病变到癌变的进展，开发了一种具有LIF 的SFE。

一种用于进行食管镜检查的栓系SFE“胶囊”已经开发出来，这可能代表了栓系WCE 的进化。患者吞下这个设备，图像就会通过单根光纤实时传输到处理器中，与之形成对比的是，连接在一起的WCE 可以存储图像供以后查看。使用SFE 胶囊会出现实时图像，实时图像意味着病理图像和潜在问题可以在当时立刻被识别出来。这项技术的发展速度很快，像头发一样细的原型设备分辨率更高，目前正在开发中[36]。

4 结语

微型胃肠道内窥镜检查有许多形式，在许多方面是一个相对的术语。由于认识到内窥镜是一种侵入性的手术，患者很容易感到明显的不适，而且要进入胃肠道需要现有设备的发展，因此更窄口径的内窥镜被生产出来。目前微型内窥镜的三个主要领域是超薄设备、扫描纤维内窥镜和无线胶囊。在这些领域中，许多产品正在以最快的速度开发。胃肠道内窥镜的作用大致可分为诊断和治疗两方面。从医疗保健的角度来看，很明显，一种诊断胃肠道疾病的适当准确的方法，它比标准内窥镜更容易接受，最终也更划算，值得在未来的实践中予以重视。筛查各种胃肠道疾病，特别是恶性和前恶性条件是一个局部问题。相信UTE 和WCE等微型设备可以带来高质量的筛查服务，满足临床更高水平诊疗的需求。

内窥镜的未来在于新成像技术的发展，使医生能够看到大体解剖结构以外的生物功能。组织的分子特性拥有丰富的信息，揭示了组织行为的细节，当正确成像时可以发现。癌症等疾病是由多种基因变化引起的，因此，细胞和组织的体内分子表达模式可以为医生提供如何改善患者管理的信息。共聚焦和双光子显微技术是一种令人兴奋的新技术，可以实时进行光学切片，以观察组织的亚细胞细节，提供“原位组织学”。这些图像正在使用先进的微型扫描机制来创建，该机制可以以高速运行来克服运动伪影。如上所示，小型内窥镜设备如SFE 和磁引导WCE 的诊断能力增强了今天的实践。通过微型内窥镜提供的增强通道，未来可能通过结合机器人和远程控制系统实现止血和药物输送等治疗干预。