澳门黄金城光学相干断层扫描在胃肠肿瘤疾病中

时间:2019-05-22 06:34

  ,OCT)是一种可以对生物组织实时、在体、高灵敏度、高分辨率及非侵入性的光学成像方法。从解剖层次上来说,它可以从微观结构上显示组织断层的三维立体形态结构图像;从生理功能上来说,它又可以显示组织的吸收、散射、血液流速等功能信息。其物理原理类似于超声检查,但其采用的是近红外光而不是声波,它可以提供拥有微米级分辨率的活体组织形态的断面图像,其分辨率接近组织病理切片水平,具有光学活检之称。因此,OCT在胃肠肿瘤疾病诊断及治疗中拥有巨大的成像潜力,特别是在早期胃肠道肿瘤筛查及诊断,术中指导病变切除范围及术后复查、随访中具有重要指导意义。现就OCT技术在胃肠肿瘤疾病中的应用现状与进展进行综述。

  自1991年Huang首次提出OCT技术以来,该技术一直在国际上成为光学领域和临床应用方面的研究热点。随着各项新技术的不断提出,OCT也有着突飞猛进的发展。近年来,随着光学仪器、探测器、数据采集和处理速度以及光源方面取得的技术进步,OCT技术在成像速率、图像分辨率和信噪比等性能方面也有了很大提高,并且自OCT第一次在眼科中对前眼的透明结构组织和视网膜进行成像以来,OCT现已广泛应用于临床。

  1997年,OCT技术首次应用于消化道疾病的诊疗,OCT技术在人消化道中应用的相关研究中,食管、胃、结肠、胆管、胰管等部位均有报道。目前该技术在消化系统中的研究进展较快,特别是通过与消化道内镜、穿刺针、细针、导管等器械结合后,依据胃肠壁结构的实时、在体的OCT成像特征,可以准确评估黏膜、固有层、黏膜肌层和部分黏膜下层的多层结构,可以清楚地判断疾病的结构特点及性质。同时,随着OCT技术的发展,目前开发的傅立叶域OCT,其纵向分辨率及轴向分辨率的不断提高,可以快速清晰地显示组织断层的三维立体形态结构图像。

  OCT的物理原理类似于超声检查,但其采用的是近红外光而不是声波。OCT可以实现1~15μm的图像分辨率,比传统的超声波探测高1~2个数量级,OCT的图像穿透深度由光散射确定,在组织中高达2~3mm。它利用近红外线及光学干涉原理对生物组织进行结构成像。

  干涉成像的原理简单地说就是在OCT系统中将光源发出的光线分成两束,一束发射到血管组织上,这段光束被称为信号臂;另一束到参照反光镜,成为参考臂。在参考臂中,光由参考反射镜进行后向反射,然后返回到干涉系统,沿着相同的路径传播,但是方向相反。信号臂的光发生相同的过程,唯一的区别是光束被样品反向散射。

  在一个不均匀的样本中,样品中的不同结构将具有不同的折射率,并且当遇到不同折射率材料之间的界面时光将被反射。来自两个臂的返回光在耦合器处重新结合并产生由检测器记录的干涉图案,由光电探测器对输出光束进行检测,将测量所得的信号转化为数字信息,经计算机处理后可得到2D或3D组织断层图像。

  一般而言,OCT能够以低于10μm的极高分辨率解析3~5mm组织深度的影像,OCT技术依据其非接触性及分辨率高的特点能对生物组织实时、在体的成像,操作快捷、方便,是一种具有巨大潜力的成像方法。

  胃肠道恶性肿瘤绝大多数来源于黏膜上皮层,而提高早期胃肠道恶性肿瘤的诊断率,对于控制癌症的发生率、降低肿瘤病死率及提高肿瘤患者的生存率有重要作用。尽管目前对于消化道肿瘤的诊断工具很多,如超声内镜、CT、磁共振成像、常规内镜下组织活检等,其中超声内镜也能实时在体地呈现食管、胃壁及肠壁等消化道组织结构的图像,为胃肠道疾病的诊断及疾病性质、肿瘤分期等提供相应的影像学信息,但超声内镜的成像分辨率较低,结构层次显得较为粗糙,并且操作及诊断的主观因素较大,尤其对于早期胃肠道肿瘤分期诊断准确率低。

  CT及磁共振成像分辨率较低,目前无法对胃肠道壁组织进行分层,现有的常规内镜下取活检技术及病理活检可能由于取材较浅表及抽样误差而导致高假阴性率。基于对高分辨率成像的需求,近年来OCT技术的发展得到内镜医师的关注,OCT扫描可以通过将探头轻轻或牢固地放置在胃肠道壁上来完成。探头轻轻放在黏膜表面时,穿透深度主要限于浅表黏膜下层;通过这种方式可以清晰地观察到浅表上皮、固有层和黏膜下层的上部。探头牢固地贴在黏膜表面时,黏膜下层和固有肌层可以清晰地呈现出来。OCT成像可区分胃壁4层结构,即腺上皮、黏膜肌层、黏膜下层和肌层,其中黏膜下层可见血管。

  OCT有潜力成为一种新的早期肿瘤筛查技术,在将来有望以其较高的分辨率取代常规切除活检技术。几项体外研究证实了OCT在胃肠道中的可行性:在这些研究中,胃肠道壁被确定为多层结构,其特征在于一系列超反射层和低反射层,具有可变的均匀性的后向散射信号。

  肿瘤和正常组织也表现出不同的光散射图案,OCT有望识别胃肠壁组织的多层结构。张明宝和郭建强为了探讨OCT在消化道肿瘤诊断中的作用,对比分析了152例消化道恶性肿瘤根治术的手术标本的OCT图像与显微镜下组织病理图像,发现OCT的组织学穿透深度为(2.02±0.11)mm,组织结构层次明确,同时OCT与组织病理学诊断符合率为90.78%,灵敏度为88.28%,特异度为91.78%,提示OCT与组织病理诊断符合率较高,对于胃肠道肿瘤疾病诊断的敏感性及特异性较高,有助于对消化道肿瘤的早期诊断。

  Luo等通过用新鲜的猪结肠组织在体外OCT成像,可以清晰地分辨出隐窝腔和杯状细胞等详细结构,证明这种光纤OCT系统能清楚显现细胞水平的形态学特征。进一步认为临床上可行的OCT内显微镜的进一步发展可能改善胃肠道恶性肿瘤的诊断结果。Hatta等通过应用OCT判断食管鳞状细胞癌的肿瘤浸润分期,结果显示整体准确率为92.7%,认为OCT信号穿透深度足以描绘最深的癌症区域的边界,其厚度小于1.5mm,证明OCT可能对浅表食管鳞状细胞癌术前诊断及分期有重要价值。

  总之,OCT对于胃肠道早期肿瘤的早期诊断有重要价值,有潜力成为一种新的早期肿瘤筛查技术,在将来有望以较高的分辨率取代常规切除活检技术。

  胃肠道肿瘤手术中肿瘤病灶的完整切除对肿瘤患者的预后有重要影响,目前,在胃肠道肿瘤手术中,组织学切除活检技术是用于评判恶性疾病中淋巴结的转移性受累及肿瘤组织是否完整切除的金标准,但是该种方法仅能在体外进行或术中切除组织快速冰冻活检,同时昂贵、费时,并有假阴性的情况,常导致过多的切除正常组织,引起各种不必要的术后并发症;或肿瘤及淋巴结组织切除不彻底,残留肿瘤组织,易引起肿瘤的再次复发,严重影响术后预后情况。

  目前根据结肠癌的根治性切除要求整块切除肿瘤以及其上、下两侧的10 cm以上的肠管及所回流的1、2、3站淋巴结。然而在临床上,肠管的切除长度往往不要求太长,虽然10 cm相当于第2站清扫,但>10 cm的肠旁淋巴结很少转移。过多的切除肠管并不代表大范围清扫,反而会造成重建困难、并发症增多及影响肠功能。因此,对于术中组织结构的判断对于目前的精准外科技术非常重要,而OCT以其实时、在体、灵敏度高、分辨率高及非侵入性的成像方法能够显示组织断层的三维立体形态结构图像,在术中实时、在体地判断肿瘤的边界及淋巴组织是否转移,以指导手术切除范围及淋巴结的清扫范围。

  现如今,精准外科技术及微创外科理念早已深入人心,腹腔镜手术也在快速发展,随着腔镜设备的不断提升及手术技术的不断普及,在许多领域腔镜手术甚至可以取代传统开放手术成为金标准。近年来,腹腔镜技术更是作为结直肠良性疾病和结肠癌治疗的标准方法被推荐。而Hariri等首次报道了将腹腔镜与OCT技术结合,并且同时比较了OCT图像和相应的组织病理学的微结构特征,认为这些结果支持OCT有作为进一步评估肿瘤发病机制的诊断工具和成像方式的潜力。这提示,未来术中应用腹腔镜OCT实时检测肠管切缘及淋巴结的可行性,从而确定适宜的肠管切除范围及淋巴结清扫范围。

  Luo等将OCT技术应用于高分辨率三维淋巴结形态的可视化,首次报道的OCT图像显示了淋巴结的详细形态结构和相应的淋巴结组织学特征,证明OCT可以显示详细的淋巴结微转移规模的结构和术中检测转移性结节病以及在术中探查淋巴结转移性疾病的可能性。Nolan等研究表明术中OCT检查淋巴结是一种实时、无标记、非破坏性的冷冻切片分析的替代方法,术中OCT具有很强的潜力,可以通过实时原位评估淋巴结来补充目前的手术后组织病理学,从而保护非癌性淋巴结及其淋巴管,以减少活检后淋巴结构外科破裂相关风险和并发症,为体内癌症分期提供即时和准确的术中反馈,以更好地指导手术。

  Erikson-Bhatt等使用手持式探头实时成像手术切除床,以降低癌症手术中微小正边缘的发生率,OCT的图像结果显示在人乳房的局部切除之后的切除床内的正常组织和癌组织之间的结构差异。将体外图像与标准术后组织病理学进行比较后的灵敏度为91.7%,特异度为92.1%。研究展示了体内OCT成像具有实时显微图像引导手术的潜力。上述研究均表明,OCT对于术中指导肿瘤手术有巨大的潜力,特别是对于术中淋巴结是否转移的确定、肿瘤边缘及其切除范围的把握,未来随着OCT技术的进一步发展,OCT技术与腔镜结合用于术中来判断肿瘤的边界及淋巴组织具有重要意义,这些都将推动OCT技术在胃肠肿瘤手术术中的应用。

  对于胃肠道一些良性病变或癌前病变(胃肠化生、幽门螺杆菌性胃炎、增生性息肉及腺瘤样息肉等),目前的治疗方案主要有内镜下黏膜电切术、射频消融等。然而,对于这些癌前病变,及时并且规律的术后复查及随访非常重要。目前的普通内窥镜无法实时在体呈现胃壁及肠壁组织结构图像,而内镜下取活检技术费时且昂贵,并且由于抽样而存在一定的误差。而高分辨率OCT可以对生物系统中的微观结构进行高分辨率,横断面层析成像,与内镜结合就可以对肿瘤术后及癌前病变术后的患者进行实时在体及准确的复查及监测肿瘤进展,降低肿瘤复发率。

  Westphal等在临床试验期间,通过获得回肠、结肠和直肠的新鲜标本的实时内镜OCT图像,然后将其固定在福尔马林中,并使用标准方法进行显微评估,在一系列胃肠器官中观察到黏膜和黏膜下层、腺体、血管、小凹坑、绒毛和隐窝的结构,结果认为实时内镜OCT提供的图像与胃肠道黏膜和黏膜下层的组织结构相关。Kirtane和Wagh通过介绍OCT的现状及其在食管、胃、小肠和大肠以及胆胰管影像正常和异常黏膜的实际应用进行实际评估,认为OCT是一种非常有前途的无创成像技术,可通过内镜的工作通道轻松获取消化道黏膜结构图像,认为随着这项技术的进一步完善,OCT可能在未来成为“真正的光学活检”。

  Zhang等认为,OCT可能鉴别癌前病变,例如胃肠化生、幽门螺杆菌相关胃炎,另外,OCT可以区分腺瘤性息肉和增生性息肉,其实际益处包括避免不必要的息肉切除术的风险,由此可节省与目前的组织病理学评估相关的时间和成本,对于癌前病变的随访复查起到很重要的作用。Tang等通过研究一种高分辨率OCT和荧光层流光学断层扫描结合的方法,用于组织结构和分子成像,这种多模式成像方法诊断的灵敏度(特异度)为88.23%(82.35%),与单独的成像模式相比,该方法提供了最佳诊断,认为这种成像技术可以检测癌症和癌前病变,以提高诊断灵敏度,监测肿瘤进展,并评估消融治疗的疗效。

  综上所述,OCT对于与内镜结合后对于早期胃肠道肿瘤及癌前病变等胃肠疾病诊断、术后复查随访,监测肿瘤进展状况中有重要作用。4展望近年来OCT取得了突飞猛进的发展,并且在许多领域均有应用。目前,OCT图像的分析尚缺少相对客观的量化指标,同时缺少可以稳定提取组织的OCT图像的设备,限制了该技术在临床中的应用。随着图像采集技术及图像处理技术的不断进步,相信OCT可能在未来胃肠疾病的诊断及治疗中提供前所未有的解决方案。未来OCT技术与内镜及腹腔镜技术完美结合将在胃肠肿瘤疾病的诊断及筛查,术中指导切除范围,术后复查及随访方面有着巨大的潜能,在生物医学检测和疾病诊断上具有不可估量的优势及广阔的应用前景。

  来源:胡琛,朱宣进,黄勇.光学相干断层扫描在胃肠肿瘤疾病中的应用进展[J].医学综述,2018(19):3888-3892.

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