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要害词：胃肠道，呆板进修，份子探针，光学内窥镜

咱们对于用在胃肠道癌症筛查及监测的光学内窥镜成像技能举行了技能回首。国际医疗器械博览会Medtec小编转载的本文总结了光-构造彼此作用的道理、差别标准下的成像机能，并重点先容了临床合用性及有用性。此外，咱们还有会商了新型份子探针的翻译及基在人工智能的算法的集成，以提供决议计划撑持。

光学内窥镜查抄是医治胃肠道 （GI） 恶性肿瘤的重要诊断及医治东西。年夜大都胃肠道肿瘤发源在癌前病变;是以，改善癌前病变及初期癌症检测及诊断的技能立异于改善成果方面阐扬着要害作用。于已往的几十年里，胃肠道内窥镜查抄范畴见证了巨年夜而集中的努力，以开发及转化正确、用户友爱及微创的光学成像方式。从技能角度来看，此刻有各类各样的新型光学技能可用在于宏不雅及微不雅标准上探测光-构造彼此作用的差别方面，增补白光内窥镜查抄。这些新模式中的年夜大都已经乐成验证并转化为通例临床实践。于此，咱们对于用在胃肠道癌症筛查及监测的现有及有出路的新型光学内窥镜成像技能的近况举行了技能综述。咱们总结了光-构造彼此作用的基来源根基理、差别标准下的成像机能，并夸大了对于临床合用性及有用性的相识。此外，咱们会商了近来发明及翻译的新型份子探针，这些探针有望加强内窥镜医师诊断高特异性胃肠道病变的能力。咱们还有回首及会商了基在人工智能的算法于及时提供决议计划撑持方面的作用及潜于的临床整合。末了，咱们提供了对于将来技能成长和其转变内窥镜胃肠道癌症检测及诊断的潜力的见解。

图1

用在胃肠道粘膜宏不雅及微不雅成像的光学内窥镜技能。现有的宏不雅方式包括高清内窥镜、超薄内窥镜及胶囊内镜。利用 OCT、内吞细胞镜查抄、CLE 及 HRME 可实现显微分辩率。经爱思唯尔许可转载自[66， 81， 136]（别离为白光及色素内窥镜、胶囊内窥镜及内吞吞镜），经John Wiley and Sons许可转载自[55]（超薄内窥镜），经施普林格·天然（OCT）许可转载自[137]，经Georg Thieme Verlag KG（CLE）许可©转载自[69]。

总之，这类广泛的技能于图中。1为内窥镜医师提供了强盛的东西，从宏不雅及显微镜下查抄胃肠道，为下一代胃肠道内窥镜查抄奠基了基础。如表中总结1，为了帮忙引导有出路的新技能的转化，美国胃肠道内镜学会（American Society for GI Endoscopy， ASGE）创立了有价值的内窥镜立异（endoscopic innovations， PIVI）机能阈值，用在评估巴雷特食管及结直肠瘜肉的新技能于采用前应满意这些阈值[23,24

表1 采用新成像技能举行胃肠道病变评估的PIVI机能阈值[23,24]。

切除了并抛弃 5 毫米或者更小的瘜肉，无需构造病理学评估用在确定瘜肉切除了术后监测距离 90% 与构造病理学的一致性，当以高置信度利用并联合构造病理学评估 瘜肉时 5 妹妹切除了并抛弃 5 毫米或者更小的瘜肉，无需构造病理学评估用在确定瘜肉切除了术后监测距离 90% 与构造病理学的一致性，当以高置信度利用并联合构造病理学评估 瘜肉时 5 妹妹切除了并抛弃 5 毫米或者更小的瘜肉，无需构造病理学评估用在确定瘜肉切除了术后监测距离 90% 与构造病理学的一致性，当以高置信度利用并联合构造病理学评估 瘜肉时 5 妹妹切除了并抛弃 5 毫米或者更小的瘜肉，无需构造病理学评估用在确定瘜肉切除了术后监测距离 90% 与构造病理学的一致性，当以高置信度利用并联合构造病理学评估 瘜肉时 5 妹妹切除了并抛弃 5 毫米或者更小的瘜肉，无需构造病理学评估用在确定瘜肉切除了术后监测距离 90% 与构造病理学的一致性，当以高置信度利用并联合构造病理学评估 瘜肉时 5 妹妹切除了并抛弃 5 毫米或者更小的瘜肉，无需构造病理学评估用在确定瘜肉切除了术后监测距离 90% 与构造病理学的一致性，当以高置信度利用并联合构造病理学评估 瘜肉时 5 妹妹切除了并抛弃 5 毫米或者更小的瘜肉，无需构造病理学评估用在确定瘜肉切除了术后监测距离 90% 与构造病理学的一致性，当以高置信度利用并联合构造病理学评估 瘜肉时 5 妹妹

于这篇技能综述中，咱们概述了胃肠道内窥镜查抄的现有及新兴光学成像方式的近况。ASGE技能委员会、欧洲胃肠道内镜学会（European Society of GI Endoscopy， ESGE）研究委员会及其他作者对于胃肠道内镜成像技能的既往综述[18,24,25,26]，重点存眷市售及经常使用研究模式（如CE及CLE）的机能，同时具体描写了其临床体现的现有证据。于这篇综述中，咱们重点先容了光学内窥镜的技能方面及临床合用性，重点先容了装备及光学设计、份子探针及用在图象注释的呆板进修算法的最新进展。除了了商用平台外，咱们还有会商了临床转化初期阶段的新兴技能，总结了它们怎样使用光-构造彼此作用的差别维度来辨认胃肠道癌症进展初期阶段的病变。对于在每一种模式，咱们会商了成像能力，同时夸大了光-构造彼此作用的基来源根基理和其对于临床实用性的影响。咱们回首了具备各类新奇形状尺寸的成像体系（图中的示例）。2），包括胶囊、球囊导管及探针，并会商它们怎样经由过程加强对于比度及分辩率促成胃肠道的多模态及微创成像。咱们还有回首了新型份子探针及呆板进修算法的临床转化及整合。

图2

基在胶囊、球囊及探头的光学内窥镜体系示例。（A） 胶囊内窥镜（MicroCam 及 PillCam）。（B） 充气球囊导管内的 VLE 探头。（C） 经由过程活检通道的共聚焦激光内窥镜。（D） 带有集成诊断软件的低成本 HRME。图2B–D转载自[97， 138， 139]，经Elsevier.许可。

2. 宏不雅成像体系

2.1. 当前照顾护士尺度：白光内窥镜查抄、

因为胃肠道怪异的剖解布局，利用白光照明的传统内窥镜查抄仍旧是评估胃肠道病变的金尺度。只管WLE已经通例利用，但火急需要进一步提高WLE的诊断机能。例如，对于在Barrett食管的监测，四象限随机活检取样（称为Seattle方案）仍旧是当前指南中主要且必不成少的构成部门[29]。一样，于很多亚洲国度，利用 Lugol 染色的 CE 凡是用在 ESCC 筛查。于筛查结肠镜查抄时，ESGE也保举利用高清内镜查抄及虚拟CE等进步前辈模式[18]。

于已往的几十年里，WLE的技能机能患上益在成像传感器及光学器件的改良，这些传感器及光学器件提供了更高的像素密度及更高的放年夜倍率。自 1990 年月后期以来，高清内窥镜已经广泛利用，可以或许更过细地查抄粘膜模式，并代替标清内窥镜成为当前的首选方式。尺度高清内窥镜进一步辅以微创超薄内窥镜及胶囊内窥镜，具体成像特性及规格对于比见表2.近来的贸易体系还有增长了进步前辈的成像功效，包括具备高达 150 倍光学放年夜倍率的放年夜内窥镜及各类加强粘膜特性的技能，例如 CE。虽然将高清内窥镜与标清 WLE 举行比力的数据相对于较少，但高清内窥镜已经用在很多临床研究，特别是与虚拟或者基在染料的 CE 联合利用。

表2 用在胃肠道粘膜宏不雅成像的市售内窥镜体系[140,141,142]。

于将来高清WLE的成长将受益在光学FOV及分辩率以和3D成像能力的进一步改良。如表所示2，今朝的高清内窥镜可以撑持高达2K的视频收罗，角视场角为140-170°。为了更好地研究胃肠道剖解布局，人们正于开发宽视场内窥镜，以提供超宽角度或者近全景视线（245-330°），开端研究注解，它们有助在更好地检测结肠瘜肉，并改善上消化道隐匿区域的可视化[30,31,32,33]。 此外，具备UHD分辩率（4k或者8k与当前2k比拟）及3D成像能力的内窥镜，虽然重要于腹腔镜运用或者动物模子中获得证实[34,35,36]，但也有可能实现更具体的粘膜查抄，并加强胃肠道的手术可操作性。

2.2. 虚拟色素内窥镜查抄

与基在整个可见光谱的 WLE 比拟，虚拟 CE 使用光与构造彼此作用的光谱变化来凸起粘膜特性，例如血管或者光散射的变化。因为光谱成像可以经由过程光学滤波或者后处置惩罚来实现，而无需修改为像光学元件，是以虚拟 CE 可以无缝集成到当前年夜大都内窥镜体系中。只需按一下按钮，它就为内窥镜医师提供了一种利便的要领，可以加强对于比度来研究病变。第一代虚拟 CE 包括窄带成像 （NBI;奥林巴斯，东京，日本）、富士智能色度内窥镜（FICE;Fujinon，日本东京）及iScan（宾患上，日本东京）。近来还有引入了较新的模式，例如蓝色激光成像。如表中总结3，NBI经由过程用蓝光（415nm）及绿光（540nm）照亮胃肠道外貌来加强粘膜特性及微血管收集的对于比度;比拟之下，FICE 及 iScan 基在后处置惩罚算法来改善血管可视化及构造类型区别。于这些模式中，NBI 是最常研究的虚拟 CE 模式;因为其广泛可用，以和具备本色性不雅察者间一致性的既定注释尺度[37]，该模式被广泛接管，特别是于专家中。

表3 贸易内窥镜平台提供进步前辈的成像模式。

于一项meta阐发纳入了14项研究，触及843例患者，成果显示，于Barrett食管中，CE可将异型增生/癌症检测的诊断率提高34%[38]。作为一种被广泛研究的方式，NBI被证实切合BE监测的PIVI阈值（表1），保举与尺度WLE结合利用[25,29]。 对于在胃癌前病变构造学查抄，ESGE保举NBI，由于与零丁利用高清内镜查抄比拟，NBI可以或许显著改善肠上皮化生的检测[15]。于筛查结肠镜查抄方面，ASGE的一项meta阐发报导，于学术中央利用NBI检测腺瘤的NPV为91%，跨越了90%的PIVI阈值，撑持对于小瘜肉的“诊断及脱离”计谋[24]。然而，应该留意的是，于社区情况中陈诉了不切合不异尺度的低在尺度的成果[39,40]。 按照ESGE的建议，只有当内镜查抄获得充实记载并由专家举行时，才建议利用虚拟CE举行光学诊断[18]。

于有最新平台的情况中，虚拟 CE 已经显示出于不孕育发生分外成本及运用外源性染料的环境下更好地可视化胃肠道病变的巨年夜远景。因为如今年夜大都高清内窥镜体系都提供 CE 兼容性，是以它正于得到动力及愈来愈受接待，特别是于专家中。然而，为了撑持它们的通例利用，需要成立通用分类尺度并举行外部验证，尤其是于研究中央之外的新手用户中。此外，还有需要研究相干的进修曲线及不雅察者间靠得住性。同时，应熟悉到技能前进的主要性。近来一篇meta阐发纳入了11项随机比照实验（randomized controlled trials， RCT），成果显示，与WLE及第一代NBI比拟，第二代更敞亮的NBI显著提高了腺瘤检出率（adenoma detection rate， ADR）[41]。

作为使用特定光谱波段构造反映的市售虚拟CE的扩大，多光谱或者高光谱成像也显示出具备增长光谱维度的胃肠道病变表征的价值[42,43]。 近来，及时高光谱成像已经于内镜体系中实现，并报导了胃肠道的开端临床评估[44,45,46]。 综上所述，跟着技能的不停改良及临床利用的尺度化，估计虚拟 CE 将进一步改善胃肠道病变检测。

2.3. 基在染料的色素内窥镜查抄

与虚拟 CE 中的光学或者计较过滤差别，基在染料的 CE 使用外源染料来加强粘膜特性的对于比度，特别是于 WLE 下可能看起来微妙、扁平或者凹陷的病变中。一般来讲，临床上利用两种类型的染料：接收性染料，如亚甲蓝及卢戈氏碘，以和造影剂染色剂，如靛蓝胭脂红（表3).于这些染猜中，Lugol 的碘选择性地与糖原联合，糖原比发育不良的鳞状上皮细胞更富厚地贮存于正凡人中。亚甲蓝优先被小肠或者结肠类型的上皮细胞接收，靛蓝胭脂红经由过程填充漏洞、凹坑及脊来凸起粘膜拓扑布局。

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成像造影剂的来历，以和方针粘膜特性，取决在特定染料的染色或者摄入机制。因为其被糖原品貌细胞的高摄入率，Lugol碘凡是被用作一种高敏捷度（92-100%敏捷度）但价格低廉的染料，用在ESCC筛查[2]。对于在巴雷特食管的监测，体系评价显示利用醋酸或者亚甲蓝可提高诊断率及正确性;是以，除了WLE外，还有保举将CE作为辅助东西[29]。对于在染料的选择，乙酸价格低廉，切合BE监测的ASGE阈值（表1），初期证据注解，于高危人群中，它比随机活检更具成本效益[29,47]。亚甲蓝也可显著加强对于比度，但因为其与DNA毁伤有关，是以引起了人们的担心[48]。于胃方面，一篇meta阐发纳入了10项利用差别染料的研究，成果显示，与WLE比拟，基在染料的CE能更好地检测初期胃癌及前体癌（699例患者的归并敏感性及特异性别离为0.90及0.82）[49]。

于没法利用具备虚拟 CE 的最新内窥镜平台的情况中，基在染料的 CE 提供了一种安全且相对于自制的替换方案来加强粘膜对于比度，只管它需要更繁琐的步伐并依靠在喷涂的质量及匀称性。与虚拟 CE 同样，要充实使用基在染料的 CE，用户专业常识至关主要。此外，还没有就颠末验证的注释尺度告竣共鸣，鉴在染料种类繁多和其差别的摄入或者染色模式，这可能尤其具备挑战性。

2.4. 超薄内窥镜

与尺度内窥镜比拟，超薄内窥镜设计用在进入较小的管腔器官，是以可以于无镇定的门诊手术中举行内窥镜查抄，纵然图象解读仍旧需要专业常识。因为直径较小（6妹妹或者更小，而尺度内镜为13妹妹），患者的接管度更高，并发症危害及恢复时间更低[50]。衡量包括降低像素分辩率及降低机械可操作性（表2);小儿活检钳可以经由过程辅助通道举行活检，但履行更繁杂外科手术的能力有限。为了进一步促成该技能的临床运用，还有开发了成本更低、便携及一次性的超薄内窥镜，但不撑持活检功效[51]。

几项开端研究报导了超薄内窥镜查抄上消化道病变的能力。作为一种成本较低的门诊手术，利用超薄内窥镜的经鼻内镜被认为是BE筛查的潜于替换方案[7]，只管其于BE监测中的作用遭到相对于较低的成像质量的限定。一项纳入82例患者的随机交织实验研究发明，经鼻内镜查抄于BE检测方面具备较高的诊断机能（敏感性为98%，特异性为100%），与尺度WLE相称[52];只管云云，因为于三级医疗中央查抄了富厚的监测人群，是以需要进一步研究这项研究的遍及性。57例浅表性胃肿瘤患者或者ESD后接管随访内镜查抄的患者也评估了超薄内镜查抄对于胃肿瘤的检测效果，陈诉的机能特性较着低在高清WLE[53]。这可以归因在示波器操作的难度增长及成像质量相对于较差。因为最新的超薄模子具备更好的照明及NBI能力[54,55]，是以应进一步评估其于上消化道中的潜于作用。

2.5. 胶囊内窥镜查抄

胶囊内窥镜查抄在 2001 年初次得到 FDA 核准，可轻松安全地进入胃肠道（图 1）。2安培).于已往的二十年中，胶囊内镜完全转变了小肠疾病的医治[56]。年夜大都市售的胶囊内窥镜由微型成像传感器、照明及成像光学元件以和封装于一次性外壳中的内部电源构成。数据传输凡是经由过程无线电遥测或者电场流传以无线方式实现[57]，有线数据检索也有报导于系留胶囊中[58]。市售胶囊内窥镜查抄的典型成像规格见表2.

鉴在胶囊内窥镜于小肠中的乐成运用，人们愈来愈有兴致研究其于胃肠道其他部位的作用。于上消化道，因为怪异的剖解布局，胶囊内窥镜查抄具备挑战性。胶囊经由过程食管的平均传输时间可低至约30 s[59]，是以需要快速帧速度才能捕捉高质量图象;一旦进入胃部，不受节制的胶囊运动会使图象收罗进一步繁杂化。利用每一秒捕捉 35 帧的 Pillcam UGI 胶囊，胶囊内窥镜查抄已经被证实可以可视化食管的主要临床标记;此外，于护士主导的方案中，将患者置在差别平面及角度的查抄床上，证实了不雅察整个胃的可行性[59]。然而，因为此中等正确性（Bhardwaj等人对于9项研究（触及618例患者的meta阐发）对于BE检测的敏感性为78%，特异性为73%），是以不保举将其用在BE筛查[7,60]。于下消化道，胶囊内镜查抄也有助在发明结肠镜查抄不彻底患者的其他瘜肉[61]。

胶囊内窥镜查抄的一个重要错误谬误是缺少自动运动，这会影响其成像质量并限定其于管腔器官中的利用。近来，人们经由过程内部不变或者外部节制机制降服了这一障碍[62,63]。 联合体外磁力转向体系，胶囊内镜查抄已经被用在查抄胃肠道中更宽敞的部位[64]。近来的一项研究陈诉称，于3182例无症状受试者中，该药可安全用在不雅察胃部局灶性病变，注解其具备筛查胃癌的潜力[65]。虽然处在开发的初期阶段，但利用更新的磁控胶囊体系的最新临床证据显示成像质量及可操作性有所改善[66,67]，将来有须要举行研究以评估其诊断价值。

3. 显微成像体系

虽然宏不雅成像方式组成了胃肠道内窥镜查抄的基础，但癌症诊断的金尺度仍旧是显微镜查抄。于通例实践中，这是经由过程收罗活检及尺度构造学步伐来实现的。这个历程可能致使没必要要的活检及相干的医疗用度、诊断延误及掉访。是以，持久以来，人们一直对于开发体内内窥镜技能感兴致，以促成具备微不雅或者近显微分辩率的病变表征。于本节中，咱们将回首内窥镜成像技能（表4），包括商用体系，如CLE及容积式激光内窥镜（VLE），以和研究性研究体系，如高分辩率显微内窥镜（HRME）及基在光学相关断层扫描（OCT）的胶囊。

表4 胃肠道中利用的显微成像技能[97,138,139,143,144]。

与外源染料及高级成像（如NBI）兼容;成本高无标签，答应年夜面积扫描;与染料或者份子探针不相容;成本高可能与份子探针兼容;低成本

3.1. 共聚焦激光内窥镜

经由过程用扫描低功率激光照射染色构造，CLE（图1）。2C的）可以天生具备微米级分辩率的粘膜层荧光图象，提供与尺度病理学相似的构造学信息（表4).为了以高对于比度对于深部上皮层举行成像，实行了共聚焦扫描举行光学切片。可使用两种类型的荧光造影剂，包括静脉打针的荧光素，以和局部运用的主要染料，如吖啶黄素、四环素或者甲酚紫。荧光素加强细胞外基质（如粘膜隐窝及绒毛）以和血管布局的对于比度。局部运用染料对于细胞核举行染色，从而可视化细胞核形态丈量。于临床实践中，荧光素已经得到FDA核准，利用最广泛，无不良反映[68]，而且已经经成立了称为迈阿密分类的共鸣分类尺度[69]。

整体而言，利用CLE检测BE相干异型增生（一项纳入789例患者的meta阐发，其归并敏感性及特异性别离为89%及83%）[70]、胃肿瘤（657例患者归并敏感性及特异性别离为81%及98%）[71]及CRC肿瘤（376例患者的归并敏感性及特异性别离为83%及90%）[72].然而，于近来的meta阐发中，对于体能特性及诊断率的异质性提出了担心[25,29,70]，这注解专业常识的主要性及周全培训的须要性。 虽然于学术研究中央举行的很多研究中提供了优良的诊断机能，但CLE的通例利用于很年夜水平上遭到年夜量前期投资的拦阻。此外，其小看场对于在靶向活检轻易呈现采样偏差，特别是当由新手用户操作以探测具备不变视场的小病变时。开端可行性研究证明，于胃肠道中嵌合以成像外貌积较年夜的区域，但临床效用仍旧有限[73,74]。 整体而言，与很多其他新兴的微不雅模式同样，CLE重要于三级中央举行评估。假如没有更好地相识其进修曲线及完全的成本效用阐发，社区利用的实用性仍旧未知。

3.2. 内吞作用

内吞作用于道理上近似在放年夜 WLE，后者提供高达 150 倍光学放年夜倍率的反射成像，差别的地方于在光学放年夜倍率进一步改良，用在细胞程度成像（表4).市售体系基在内窥镜或者基在探头[75]，它们撑持约500倍（基在内窥镜）至 1000倍（基在探头）的光学放年夜倍率。为了加强白光照射下的黏膜外貌对于比度，已经发明亚甲蓝或者其与结晶紫的组合可用在可视化细胞核及腺体模式[76]。贸易内吞体系已经被证实可以对于胃肠道病变举行细胞程度表征[77,78,79]。 近来的研究查询拜访了内吞镜查抄于处置惩罚具备挑战性的使命方面的有用性，例如诊断结肠中的腺瘤性小瘜肉及初级别腺瘤，陈诉了较高的诊断机能（39例患者的正确率为96.8%，573例患者的正确率为86.4%）[80,81]。 为了促成其更广泛的运用，人们努力开发尺度化临床注释的分类体系[82]。与基在荧光的 CLE 差别，内吞细胞镜查抄提供了一种反射模式，以超高分辩率研究可疑病变。除了外源性染料外，它还有与 NBI 等虚拟 CE 兼容。虽然今朝尚无年夜范围随机比照实验的临床证据，但其进一步评估获得了开端研究的撑持，这些研究陈诉了与CLE相称的机能特性。3.3. 光学相关断层扫描

OCT利用低相关光源探测差别横向位置的构造反射率，天生深度分辩率的近显微图象，轴向分辩率约为10 μm，横向分辩率约为30 μm（表4).因为 OCT 图象是经由过程单模光纤获取的，是以它与管腔器官（包括胃肠道及血汗管体系）的内窥镜成像素质兼容。为了进入胃肠道病变，已经经开发了差别外形的OCT体系，包括可以经由过程内窥镜事情通道的基在探头及球囊的OCT，以和可于低级保健情况中操作的基在胶囊的设计（表4).利用差别情势的 OCT，已经于 Barrett 食管、胃、小肠及结肠瘜肉中陈诉了深度分辩及高分辩率成像。

2013 年，一种基在 OCT 的成像体系用在食管成像，称为 VLE（NvisionVLE，NinePoint Medical，Bedford，MA，USA;无花果。2乙).于 VLE 中，球囊导管用在对于 OCT 探头举行居中，从而可以或许于 90 秒内以 3 妹妹 的成像深度对于 6 cm 食管段举行不变的圆周扫描。自引入以来，已经有研究成立图象解译尺度，一项纳入27例患者的开端研究显示，BE相干异型增生的诊断正确率为87%[83]。此外，一项多中央随机比照实验正于开发基在人工智能（artificial intelligence， AI）的算法，并正于举行临床评估[84]。VLE技能的另外一个主要扩大是2016年引入激光打标，与尺度西雅图方案比拟，靶向活检方案可提高BE的异型增生率（106例患者为33.7%，95例为19.6%）[85]。虽然年夜大都OCT研究集中于食管，但病例研究或者病例系列研究报导告终肠成像的乐成[86,87]。 与管状食管差别，结肠中与球囊导管的优良构造接触以确保 VLE 成像质量可能越发坚苦。

患上益在扫描及回拉机制，OCT体系可以天生长食管段的深度分辩及近显微图，多个构造学层的横截面可视化可以为检测浅表下的疾病进展提供主要信息。与激光打标体系相联合，VLE具备怪异的功效，可以削减采样偏差，这是其他内窥镜模式的重要限定。只管云云，贸易VLE成本昂扬，纵然计较机辅助体系正于评估中，基在反射率的体积图象的临床注释仍旧是一个具备挑战性的历程。此外，因为 OCT 捕捉构造反射率，是以没法利用特定的造影剂及份子探针。

内窥镜 OCT 近来的很多技能立异都采用了胶囊外壳，答应于探头的远端包罗微型光机械组件，并提高成像质量及对于比度。例如，可以经由过程小型化驱动体系来提高空间分辩率，以最年夜限度地削减扭转掉真[88]，或者者利用更短的波长来实现超高分辩率的OCT[89]。基在OCT的内窥镜查抄也受益在扫描速率的提高，答应超快速OCT血管造影可视化胃肠道中的地下微血管体系[90];简而言之，以每一秒 400 帧的速率收罗周向 OCT 图象，并计较持续帧之间的去相干以凸起显示轮回红细胞，从而凸起显示 3D 微血管体系。除了了对于管腔器官举行周向成像外，还有开发了一种压电探针，用在对于结直肠瘜肉举行前视OCT成像[91]。经由过程微电机体系及压电换能器等差别的扫描机制形成 2D 采样模式，前视 OCT 探头可以天生高分辩率及无标志的图象，其直不雅视图近似在尺度内窥镜查抄。

3.4. 高分辩率显微内窥镜

虽然与传统内窥镜比拟具备更高的分辩率，但上述内窥镜模式的高成本限定了其于三级医疗中央的临床运用。作为图中所示的替换方案。二 维及，HRME是一种低成本（1500美元）的光纤荧光显微镜，可以于亚细胞分辩率下对于细胞核形态举行成像[92]。于开端临床实验中，HRME的临床效用被证实是正确的结肠瘜肉表征，利用黄原作为一种廉价的局部染料举行活体染色[93,94]; 一项前瞻性单中央实验显示，于94例患者的通例筛查或者结肠镜监测中，HRME检测腺瘤性及肿瘤性瘜肉的正确度及特异性别离为94%及95%[95]。于上消化道，HRME也显示出检测BE相干异型增生及ESCC的价值[96,97]。 一项前瞻性实验纳入了147例高危患者，成果显示，Lugol s CE后辅助HRME可以使ESCC检测的特异性从48%提高到88%，同时敏感性到达91%[98]。

为了进一步促成这类高分辩率但廉价技能的流传，已经经开发了定量及主动化诊断算法，并举行了前瞻性验证[97,99,100]。 近来的研究重点是经由过程光学切片技能进一步提高其轴向分辩率[101,102]。 与贸易 CLE 比拟，HRME 提供了一种低成本的替换方案，可以于社区及资源受限的情况中可视化主要的构造学特性。

3.5. 其他体内显微镜技能

于动物模子或者案例研究中也报导了处在初期成长阶段的各类新兴技能。例如，多光子内窥镜是一种新技能，作为一种高分辩率及无标志的成像方式而遭到存眷。使用近红外激光引发及内源性自觉荧光，近来于啮齿动物模子中的研究陈诉称，与不施用造影剂的CLE比拟，其穿透力（120μm）更深[103,104]。

光谱编码共聚焦内窥镜 （SECM） 是另外一种光纤成像模式，它可使用单模光纤与衍射光栅耦合来成像构造外貌反射率，衍射光栅以差别的波长编码构造位置。与扭转接头及回拉机构集成，可以实现年夜面积的高速线扫描[105]，与基在OCT的胶囊同样，系留SECM胶囊已经被证实可用在食管成像[106]。

除了了提供直接可视化的成像模式外，还有开发了光谱探针来研究胃肠道病变的亚细胞布局及份子身分。简而言之，内窥镜光谱法丈量差别照明波长及几何外形下来自构造的违向散射光的光谱构成，使用三种重要类型的光-构造彼此作用——弹性散射、接收及非弹性散射。弹性散射作为重要的散射类型，于不发生波长变化的环境下发生，而且对于细胞及构造布局的转变敏感。此外，构造接收（重要来自血红卵白、脂质及水）也有助在可见光及近红外光谱区域的弹性散射光谱。比拟之下，波长偏移的非弹性（或者拉曼）散射相对于较弱，但可用在表征特定份子身分的化学指纹。包括漫反射光谱及拉曼光谱于内的多种光谱技能已经于胃肠道举行了临床评估，成果各不不异[107,108,109,110]。 与成像方式比拟，光谱技能可对于胃肠道粘膜举行无标志、定量及客不雅的丈量。只管云云，其临床可注释性遭到点对于点视场高维数据繁杂性的限定。跟着近来的研究报导了技能前进，如新型纤维设计及纳米颗粒[111,112]，有须要于更年夜范围的临床实验中对于这类广泛的技能举行进一步评估。

4. 份子成像

年夜大都现有要领按照宏不雅或者微不雅形态变化的存于来检测初期癌症病变。经由过程研究可能于布局变化以前转变的生物份子级联反映，份子成像是现代肿瘤学中的一个新兴范畴，它有可能于初期阶段检测胃肠道病变，其特异性高在形态学转变。于肿瘤遗传及份子阐发的驱动下，可使用多种份子探针靶向特定的生物标记物，包括抗体、肽、纳米颗粒、适配体及亲及体[113]。因为份子探针凡是采用荧光标志，是以它们重要与荧光成像模式（如 CLE 或者宽场荧光内窥镜）联合利用。离体近红外成像也被用在按捺稠浊构造自觉荧光。

虽然年夜大都研究都集中于啮齿动物模子中的观点验证上，但近来的研究注解，于人体实验中具备体外及体内运用的潜力。于Barrett食管中，基在凝固素的探针被发明可用在区别离体人体标本中的异型增生及良性病变[114,115]。Sturm等人。[116] 开发了一种特异性联合 BE 相干异型增生的肽，并利用 CLE 证实了其于体内的安全运用。一项近似的研究基在CLE对于结肠EGFR举行靶向成像[117]。因为其特异性联合，份子探针还有可以与宽场荧光内窥镜一路利用，以检测扁平结肠病变[118,119]。

份子探针与荧光内窥镜成像相联合，为高特异性靶向成像提供了新的路子，解决了很多宽场内窥镜模式的要害局限性。正如动物模子所证实的那样，这类要领的另外一个长处是可以安全地用在纵向研究，而无需切除了构造[120]。近来将这类要领乐成转化为人体实验，于胃肠道病变的功效表征方面显示出有但愿的成果，从而具备个性化医治建议的潜力。这个素质上多学科范畴的将来研究将受益在开发新型探针及成像装备的团体努力，同时严酷监测临床利用历程中的安全性。

5. 用在计较机辅助检测及诊断的呆板进修

跟着各类新型内窥镜技能的呈现，客不雅、自傲地注释多标准、多维临床数据是一项至关主要但又繁琐且具备挑战性的使命。与此同时，年夜量的成像数据为使用呆板进修来帮忙新手内窥镜大夫及专家提供了很多时机。从算法开发的角度来看，已经经利用了两种要领来促成临床决议计划。起首，于经典的呆板进修要领中，如图所示。3安培，可以摸索及揣度广泛的特性，如外形、质地、颜色及临床特性[121]。特性提取后，可以开发用在计较机辅助诊断 （CADx） 的分类器。其次，近来深度进修算法的实现已经被证实有助在对于特性空间举行更繁杂的查抄，同时可以或许及时加快处置惩罚年夜型数据集（图 1）。3乙).与传统的呆板进修要领比拟，深度进修于年夜型数据集上可以更有用地扩大，是以很是合适处置惩罚一系列高维图象（例如多模态图象）;此外，它还有减轻了繁杂特性工程的承担。只管云云，要有用练习深度进修算法，凡是需要一个重大且尺度化的数据集，而且其临床可注释性相对于较差。于本节中，咱们将会商用在履行特定临床使命的呆板进修要领的最新进展。

图3

用在检测及诊断结直肠瘜肉的计较机辅助算法示例。（A） 于经由过程内吞镜网络的瘜肉显微图象中，提取并量化临床开导的细胞核形态特性，以诊断晚期构造学。（B） 利用卷积神经收集练习数据驱动算法，以凸起显示 WLE 图象中的腺瘤性 CRC 瘜肉。图3A转载自[134]，经Elsevier许可。图3转载自[125]，经BMJ Publishing Group Ltd.许可。

于临床输出方面，算法凡是被练习为履行计较机辅助检测 （CADe），例如利用宏不雅模式的病变检测，或者基在微不雅或者高清宽场成像的 CADx。迄今为止，CADe算法于改善结直肠瘜肉的主动化检测方面获得了最广泛的运用[122]。该范畴的开端研究重要集中于瘜肉检出率作为重要机能指标，计较硬件及算法的最新进展光鲜明显加快了及时及视频速度运用的图象处置惩罚[123,124]。 近来，于一项触及 1057 名患者的前瞻性随机比照实验中，Wang 等人。据报导，与尺度结肠镜查抄比拟，利用基在AI的体系于WLE图象中的ADR显著增长（29.1% vs. 20.3%）[125]。值患上留意的是，ADR 的改善归因在检测到更小的瘜肉。回首性研究也开发了区别腺瘤性结直肠瘜肉及良性结直肠瘜肉的诊断算法（CADx）[126]，近来的一项研究报导，于未转变的NBI视频中诊断腺瘤性小瘜肉的正确率为94%[127]。一样，据报导，于宽视线模式下诊断食管及胃的肿瘤病变具备极高的正确性，包括WLE [128]、NBI [129]或者它们的组合[130]。当与尺度WLE或者进步前辈的宽场模式（如NBI）集成时，这些诊断算法可以促成对于临床数据举行更定量及客不雅的注释;对于在新手用户来讲，这类算法可以提供要害的决议计划撑持，可以缩短进修曲线，提高诊断正确性。显微镜成像模式，包括CLE、HRME、内吞及VLE，也受益在主动化算法[99,100,131,132,133,134,135]。

很较着，呆板进修于当前的胃肠道内窥镜查抄范畴阐扬着愈来愈主要的作用。虽然年夜大都算法都是回首性开发及评估的，但利用及时及低延迟算法的前瞻性研究正于鼓起。跟着人工智能体系于近来推出的贸易体系中的集成，包括内吞体系（奥林巴斯）中的EndoBrain及NvisionVLE成像体系（NinePoint Medical）中的智能及时图象支解，但愿呆板进修将有助在将来几年通例实践的较着变化。跟着呆板进修于胃肠道内窥镜查抄中的快速成长，临床实行仍旧存于一些障碍。起首，验证计较机辅助算法的可推广性至关主要，尤其是当用户于差别设置下获取图象时。其次，为了让用户充实使用计较机辅助决议计划撑持，可注释性及练习也是设计较法架构的主要因素。末了，计较算法的繁杂性可能会激发新的伦理及羁系问题，它们于现实利用中的作用终极将取决在医疗保健界的接管水平。

6. 结论与瞻望

国际医疗器械博览会Medtec认为，于已往的几十年里，光学内窥镜技能取患了长足的成长，并举行了连续的临床转化，使胃肠道粘膜的体内表征具备史无前例的成像对于比度、分辩率、深度及速率。多维、体积及及时成像数据为改善胃肠道病理学检测斥地了新的时机，可能致使诊断及医治算法发生庞大改变。此外，新的份子探针及呆板进修要领正于临床评估中，显示出提高检测正确性及靠得住性的巨年夜远景。总而言之，现代胃肠道内窥镜查抄不停成长的范畴提供了很多时机，需要学术界及医疗保健界的多学科及协作努力。同时，跟着产学互助于原型开发及贸易化中阐扬着愈来愈主要的作用，学术界及工业界的慎密联合也需要加快技能的转化、尺度化及流传。

新技能的迅速呈现也带来了新的挑战。于提供胃肠道病变的直接可视化的同时，利用光学成像技能收罗及注释临床数据需要充足的培训及专业常识。因为这些临床研究中有很年夜一部门是于研究或者学术中央举行的，是以尺度化其临床利用并验证于差别临床情况中的诊断机能至关主要。一旦于年夜范围研究中获得验证，就很难均衡增长的成本、进修曲线及用户对于新技能的抵制。是以，除了了技能机能指标外，于将新装备交到从业者手中时，还有应评估技能采用的临床障碍。只管云云，新技能的临床采用已经经迅速发生;例如，利用胶囊内窥镜查抄医治小肠疾病及利用NBI举行结直肠瘜肉表征注解，于短期内年夜范围采用是可能的。跟着技能立异及临床数据的不停增长，咱们估计新型光学成像技能将于将来十年内为临床事情流程带来庞大变化，从而经由过程更正确、侵入性更小的内窥镜成像改善年夜量高危人群的预后。

文章来历：亨亨艺光

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