自体荧光内镜在结直肠癌筛查中的应用:原理和更新

抽象

作为基础研究的结果，到目前为止，已在人类结直肠组织中测定了几种活体荧光团。自荧光内窥镜(AFE)可以检测到结直肠癌变过程中其分布和浓度的微小变化，从而促进结肠镜的无创筛查，无需使用荧光物质或染色试剂。虽然通过传统纤维光学内窥镜检测微弱的自发荧光强度仍然具有挑战性，但最新的AFE系统具有高分辨率视频内窥镜功能，通过使用假彩色显示算法实现了这种检测。为此，已有多中心结肠直肠癌(CRC)筛查和鉴别诊断的随机对照研究报道了AFE的诊断优势。因此，使用最新的AFE技术的CRC筛查可以降低未来的CRC死亡率。

1.简介

结肠腺瘤性息肉的早期检测和去除在减小死亡率结肠直肠癌（CRC）是至关重要的。虽然有大肠癌筛查几种方式，结肠镜检查被认为是最有效的方法，使病变遇到直接可视化和现场处理。然而，分钟或扁平型息肉是硬甚至通过常规结肠镜检查，以检测[1]。窄带成像(Narrow-band imaging, NBI)在结肠镜检查中广泛应用于结肠直肠癌的诊断[2- - - - - -4]。不过，最近的前瞻性研究[5- - - - - -7未能显示NBI在结肠镜筛查中的有效性。

自体荧光内镜（AFE）正引起了关注，在改善CRC诊断率的潜力。该技术被证明在癌变过程来检测结肠壁中的自体荧光强度轻微改变[8,9]。

2.安全的原则

2.1。人类结直肠组织中的荧光团

当光聚焦在一个分子上时，一部分光能被反射或散射，其余的被吸收。分子的能量状态从基态转移到高振动的能量状态，这被称为激发态。当分子恢复到基态时，多余的能量以热能的形式释放或以振动能量的形式消耗。然而，组织中天然的荧光分子释放出的过剩能量，如自身荧光，是可以被检测和测量的。

目前在人类结直肠组织中检测到的荧光团包括形成基底膜和粘膜下层的胶原蛋白、主要存在于腺体细胞线粒体和溶酶体颗粒中的NADH和FAD、红细胞和腺体细胞线粒体中的卟啉。

已有报道称，自发荧光发射主要与分布在结肠黏膜下层的胶原有关[8，在肿瘤组织中也检测到较低的自身荧光强度。这种减弱的强度归因于激发光和自发荧光的光学穿透性减弱，这是由肿物的粘膜厚度和腺体密度增加引起的[9]。

2.2。荧光内镜

荧光内窥镜结合卟啉等荧光物质局部应用的多项研究[10),四环素(11]，或荧光素[11]从20世纪中叶，并无发现一个诊断价值。低组织特异性和技术缺陷导致没有检测到微弱的荧光强度。然而，Mayinger等人最近的一项前瞻性研究。[12]上通过光动力诊断（PDD）使用荧光内窥镜检查结肠肿瘤性病变（13902个皮克斯; KARL STORZ，Tuttlingen，德国）的检出率与5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）的局部应用，卟啉的前体，和hexaminolevulinate（HAL），5-ALA的衍生物，发现无论施加的荧光团具有用于肿瘤组织的亲和力。在他们的研究中，检测到的PDD 28％以上肿瘤性病变较白光内镜（WLE）。虽然PDD携带并发症如光敏性的固有风险，则模式已经显示出良好的诊断率，从而在患者检测发育异常溃疡性结肠炎[13]和巴雷特食道[14]。

2.3。自体荧光内镜

AFE检测静脉荧光物质，不给外源性荧光剂。首先作为一种自发荧光支气管镜(光诱导荧光内窥镜:LIFE, Xillix Technologies, British Columbia, Canada) [15]，该技术因此而被施加到消化道内镜检查（LIFE-GI）[16]。该系统采用基于光纤内窥镜的模拟设备，以红、绿两种自发荧光强度的比值为假色显示。Haringsma等人在2001年的一项研究[17]发现，基于该技术的AFE成功地显示了10mm或更大的扁平病变，这是WLE难以检测的。然而，该系统在临床应用中存在实际问题，因为它配备了一个附着在内窥镜目镜上的笨重相机[18]。

奥林巴斯的自动荧光成像系统(AFI系统)是最新的AFE系统，配有高分辨率视频内窥镜功能(CF-FH260AZI，图)1)。该系统采用了WLE和AFE模式和NBI模式之间的切换功能，变焦功能和可变刚度功能。数字2列明AFI系统，其中伪色的图像最终由放大自发荧光信号分配给绿（G）信道和绿色光的红色（R）反射的信号和蓝色（B）通道中产生的机械细节的1至0.5的比率。的内窥镜图像显示在假色;具有低和高的自体荧光强度区域中分别示出在紫色和绿色色调。数字3(一个)WLE显示盲肠5厘米侧扩散瘤(颗粒状)，AFE显示为紫色，与周围绿色的正常粘膜形成强烈的颜色对比(图)3 (b))。

比较研究[20.在对结直肠腺瘤增生性病变的诊断中，LIFE-GI和AFI系统的敏感性和特异性分别为87%和71%，AFI分别为89%和81%。

3.CRC筛查中的AFE

基于AFE的优势，结肠病变显示为紫色，周围正常结肠粘膜呈绿色“红旗”，多个随机临床试验集中探讨AFE在结肠镜筛查中的诊断作用。在一项使用AFI系统的随机对照研究中21，一位经验丰富的结肠镜医生对167例右侧结肠患者使用AFE和WLE进行了改进的背对背结肠镜检查。患者随机分为AFE组和WLE组(A组:AFE-WLE组，B组:WLE-AFE组)进行第一次结肠镜检查。在所有检出的息肉中，AFE和WLE结肠镜检出的肿瘤病变分别为92和69。A组共检出66个肿瘤病灶，其中47个(71%)在第一次AFE时检出。相比之下，B组95个肿瘤病灶中，第一次WLE仅发现50个(53%)，随后AFE检查发现45个(47%)。这表明与AFE相比，WLE明显漏掉了更多的肿瘤病变()。

Ramsoekh等人的背靠背比较研究[22]分析了AFE和WLE的用于在高风险患者的检测结直肠腺瘤的从与Lynch综合征或家族性CRC家庭的灵敏度。共有75名无症状患者要么WLE随后AFE或AFE随后WLE检查。返回到回结肠镜检查是由两个盲内镜医师进行。WLE鉴定腺瘤在28/41患者和AFE在四十一分之三十七患者中，表示检测功效的32％的差异。总共检测到95个腺瘤，65通过WLE和87由AFE，指示与WLE（92％比68％相比，AFE的显著更高的灵敏度;)。另外，AFE检测到的腺瘤明显小于WLE检测到的腺瘤(平均3.0 mm vs 4.9 mm;)。

虽然早期发现和切除结直肠腺瘤被认为是预防结直肠癌进展的最有效方法[19,23，这些报道的AFE较高的腺瘤检出率对CRC筛查的影响尚不清楚，因为到目前为止测试的研究人群相对较少。此外，AFE是否有助于发现那些恶性潜力较高的抑郁的结直肠病变仍不清楚。这些观点应该在未来的大容量多中心试验中得到验证。

4. AFE在大肠肿瘤的鉴别诊断

AFE的假色范围是通过计算自荧光强度和反射绿光强度(绿/红、G/R比)的平衡来确定的，这种平衡可能受到病变厚度、血管密度和腺体密度的影响。我们使用特殊的颜色分析软件对AFE中结直肠病变的色调进行数值分析[24]。分析103个结直肠病变(22个非肿瘤性病变和81个肿瘤性病变)，非肿瘤性病变的平均G/R比显著增高(1.17 (95% CI, 1.10-1.24)，)比肿瘤病变(0.65 (95% CI, 0.63-0.68)，)()。在接受者工作特征分析下，G/R比的截止值为1.01,AFE的灵敏度为98.8%，特异性为86.4%。这一结果表明，AFE中的色调可以直观显示结直肠病变的病理特征，对AFE的分析有助于今后对结直肠肿瘤病变的自动光学诊断。

5.AFI系统的局限性

尽管有更多的优势与最新的AFE技术，该系统仍有一些局限性，需要克服，以实现其全部潜力。与常规结肠镜检查相比，远端和插入管的外径较粗(14.8 mm和13.2 mm, resp.)。这可能会限制可操作性，从而阻碍息肉的检测，特别是那些隐藏在褶皱或屈曲后的病变。在AFE中使用透明罩(TH)可以提高结直肠肿瘤的检出率[25]。本研究将561例患者分为四组:单纯WLE组、不含TH的WLI组;WLI + TH, WLE with TH;有孤独，就有孤独;AFI + TH, AFE with TH。AFI + TH组的肿瘤检出率(95%置信区间)显著高于单纯WLE组(1.96 [1.50-2.43]vs . 1.19 [0.93-1.44];)。

AFI系统还有另外两个限制:延迟显示和低图像分辨率。在我们的系统中，视频帧率和图像分辨率都被降低，以创建使用非常微弱的自发荧光强度的假彩色图像。在未来，这些因素应通过系统的改进加以克服，使使用该技术的CRC筛查变得更加实用。

六，结论

本文综述了关于AFE在CRC筛查中的诊断价值的几篇论文。我们预计AFE可能有助于未来CRC死亡率的降低。

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