上消化道胶囊内镜发展与创新
摘 要：上消化道疾病高发，传统插管式胃镜是检查上消化道疾病最常用的检查方法和“金标准”。为了更舒适无创的检查上消化道黏膜，多项研究提出了上消化道胶囊内镜的概念，但是由于上消化道各部位解剖与生理结构的差异，目前可以使用的胶囊内镜如单纯被动式、磁控式、线控式、磁控联合线控式以及侧视胶囊内镜都存在一定的局限性，无法实现对上消化道整体黏膜情况的观察。文章试图通过介绍适用于食管、胃以及十二指肠检测的胶囊内镜，分析各内镜的诊断效能及其不足，探讨未来上消化道胶囊内镜可能的发展方向。
关键词：胶囊内镜 食管 胃 十二指肠 磁控胶囊内镜
Development and innovation of upper digestive tract capsule endoscopy
HE Chen JIANG Xi PAN Jun LIAO Zhuan WANG Luo-wei
Department of Gastroenterology,Changhai Hospital,Naval Medical University;
Abstract：The upper gastrointestinal diseases are highly prevalent. At present,the commonly used method of observing upper gastrointestinal mucosal lesions is intubation electronic endoscopy,which is also the "gold standard" for screening and diagnosing upper gastrointestinal diseases. A number of studies have put forward the concept of upper gastrointestinal capsule endoscopy to achieve more comfortable and non-invasive effect in the examination. However,due to the differences in the anatomy and physiological structure of various parts of upper gastrointestinal tract,a lot of limitations exist in capsule endoscopy used currently. The currently available capsule endoscopy varies from simple passive,magnetic-assisted,wirecontrolled,magnetic + wire-controlled and side-view capsule endoscopy. They cannot be used to realize the observation of the overall mucosal condition of the upper gastrointestinal tract. This review attempts to introduce capsule endoscopies suitable for the detection of esophagus,stomach and duodenum,analyze the diagnostic efficiency and shortcomings of each kind of endoscopy,and explore the possible development direction of upper gastrointestinal capsule endoscope in the future.
Keyword：capsule endoscopy; esophagus; stomach; duodenum; magnetically controlled capsule endoscopy;
传统插管式食管胃十二指肠镜（esophagogastroduodenoscopy,EGD）是筛查和诊治上消化道黏膜病变最直观有效的方法。然而普通EGD作为一项侵入性检查，受检者不适感较高，在人群中接受度较低。相对舒适的麻醉胃镜会增加受检者麻醉相关风险，且有相当一部分患者有麻醉相关禁忌证，无法进行麻醉胃镜检查[1]。为了克服上述难题，国内外研究者先后研发并优化了食管胶囊内镜、磁控胶囊内镜、线控胶囊内镜等新型内镜检查手段，提出了上消化道胶囊内镜的新概念，期望为上消化道黏膜检查提供无痛、无创的舒适化检查新方法[2-5]。本文通过归纳胶囊内镜在上消化道检查中的发展与创新，探讨胶囊内镜应用于上消化道检查的可行性和局限性。
1 胶囊内镜在食管检查中的应用
传统单摄像头的小肠胶囊内镜在检查食管过程中，由于通过速度过快，拍摄频率不高，极易漏检食管病灶。为了克服上述检查困境，研究者先后研发了双摄像头的食管胶囊内镜、线控食管胶囊内镜、手柄式磁控胶囊内镜等进行食管检查。2004年Eliakim等推出了第一代具有双摄像头的食管胶囊内镜“PillCam ESO”，在通过食管期间，2个摄像头分别以2帧/s（共4帧/s）的速度采集图像[6]。2007年，PillCamESO2被FDA批准上市，在第一代的基础上，PillCamESO2的视野深度增加了50%，拍摄速率提升至15帧/s，具有高空间分辨率，通过自动光控调整照明，从而获得更高质量的图像[7]。2016年，第3代食管胶囊内镜（PillCam UGI）在食管内检查的可行性和安全性得到了验证。拍摄频率可达35帧/s，视野角扩展至174°，续航时间由20 min增至90 min，各项性能较前明显提升，有望在检查完食管后，进一步行胃、十二指肠部位的检查[8]。然而，上述Pillcam系列食管胶囊内镜仅在胶囊摄像头数量、拍摄频率、续航时间及拍摄视野角等性能上进行了提升，无法使胶囊在食管中主动运动。因此，Sami团队[9]研制了线控胶囊内镜，将胶囊与系线相连接，吞入胶囊内镜后，胶囊内镜在消化道内进行检查，成像后使用系线将胶囊拉回，经口取出后进行消毒以重新使用[10]，这一操作方式可以在必要时拔出胶囊。但该系线无法在体内与胶囊进行分离，因此在检查完食管后需要经口牵拉出[2]。2019年，廖专教授团队研发了可分离式系线磁控胶囊内镜，可在系线牵引下主动完成食管部位检查，且可在体内实现分离。可分离式系线磁控胶囊内镜增加了带中空系线的薄乳胶套附件，附件头端是透明的薄乳胶套，可包裹在胶囊表面，薄乳胶套末端与中空的细线相连，系线尾端与注射器连接。胶囊在系线牵拉下可来回反复观察食管，当系线胶囊完成食管部位的检查后，可通过注射器向中空细线内注入适量空气，乳胶套与胶囊即可分离，胶囊可进一步进行胃、小肠的检查[2]。
齿状线是食管部位典型的解剖标志，研究中通常会将是否观察到齿状线及可观察到齿状线的范围作为胶囊内镜对食管观察效能的评价指标。一代食管胶囊内镜（PillCamESO）在一项纳入29例患者的研究中，能够完整地观察到23例（79.3%）患者的齿状线，5例患者仅能观察到75%的齿状线，1例患者的齿状线可视化程度不及50%[7]。对反流性食管炎诊断的灵敏度为100%，特异度为80%[11]。一项纳入了30例患者的临床研究发现二代食管胶囊PillCamESO2能够观察到82%的患者3个象限以上的齿状线[12]，诊断Barrett食管的灵敏度和特异度分别为100%和74%，诊断反流性食管炎的灵敏度和特异度分别为80%和87%[12]。三代PillCamUGI对齿状线的观察率可达92.5%[4]，系线胶囊以及可分离式系线磁控胶囊可以通过牵拉系线反复观察食管，对齿状线的观察可达100%[2,5]，诊断Barrett食管的灵敏度为100%，特异度为82%，有研究报道三代食管胶囊发现了食管裂孔疝的存在[13]。食管胶囊内镜对食管静脉曲张，诊断的可行性与准确性也得到了验证[14]。系线胶囊内镜对高危静脉曲张的诊断特异度为92%和88%[3]，另一项纳入22例受检者和4例志愿者的研究发现系线食管胶囊内镜对食管静脉曲张和反流性食管炎的检测特异度分别为66.7%和100%[2]。
食管胶囊内镜检查是食管黏膜病变的非侵入性检查方式之一，目前通过技术的更新，胶囊内镜的镜头数量、拍摄视野角、拍摄频率的提升，以及食管胶囊检查附件的使用，显著提升了胶囊内镜食管检查效能。在未来，结合人工智能、显微成像等技术，从而提高食管黏膜病变的诊断率将是我们努力的方向。
2 胶囊内镜在胃部检查中的应用
由于胃的解剖以及生理特性与食管和小肠存在显著差异，单纯依靠消化道蠕动和胶囊内镜自身重力无法完整地观察胃黏膜的全貌，临床医师也无法对感兴趣区域进行反复观察，从而无法进行有效诊断。因此，需要研发主动式控制胶囊以在胃内进行反复检查。磁控胶囊内镜的概念在2006年由Carpi等[15]提出，他们试图通过磁场来控制胶囊内镜在人体消化道内的定向运动。现有的磁控胶囊内镜根据体外磁场来源的不同可被分为3类：手柄式、MRI式以及机器臂式。手柄式磁控胶囊内镜由外部的手持式永磁体控制胶囊内镜在胃内的转向，具有较高的黏膜可视化水平[16]。韩国Intromedic公司研发的手柄式磁控胶囊内镜系统MiroCam Navi，经临床研究证实其对于胃部主要解剖部位（胃底、胃体、胃窦、胃角、幽门）的可视化程度为88%～100%[17]。但是，手柄式磁控胶囊内镜的磁场强度较弱，往往因为受检者的体型差异而影响运动和观察的精度。MRI式磁控胶囊内镜是基于核磁共振系统的磁场，能够在3个维度上实现5个自由度的运动，但该系统对胃近端观察效果不佳，且成本高、操作难度大，临床推广与应用尚未见成效[18]。
2012年，我国医工结合团队率先研制报道了一款机器臂式磁控胶囊内镜系统在人体中的可行性研究。机器臂式胶囊系统的永久磁铁最高强度可达300T，磁力和效果均优于手柄式和MRI式。通过可精确操控的体外高强度机械臂式磁场，控制胶囊内镜在胃内的位置和镜头的方向，该系统于2013年获国家食品药品监督管理总局（CFDA）正式批准，后续在临床广泛应用。2016年，全国多中心大样本临床试验证明了其在胃部疾病检查中的有效性，以电子胃镜为金标准，磁控胶囊内镜诊断胃疾病的灵敏度为90.4%，特异度94.7%[19]。后续研究进一步明确了其对胃癌筛查、胃早癌诊断的有效性[20]。同时，多项研究将磁控胶囊内镜应用于儿童、老年人群及一些传统胃镜检查禁忌人群，均显示出磁控胶囊内镜在上述人群检查中安全舒适，诊断准确度高[21-24]。此外，机械臂式磁控胶囊内镜在美国、英国、匈牙利等国家相继得到了应用并获得了积极评价[25-26]。
磁控胶囊内镜检查时间略长于传统电子内窥镜检查[27]，同时胃准备情况以及内镜医师的经验对胶囊内镜的检查结果亦会产生一定的影响[28]。因此，需要进一步优化磁控胶囊内镜的性能，做好胶囊内镜医师操作培训和质控，以提升胶囊内镜的检查的质量。
3 胶囊内镜在十二指肠检查中的应用
十二指肠的解剖特征增大了十二指肠胶囊内镜检查的难度，十二指肠管腔狭窄，结构为“C-loop”型，与胃部有幽门阻隔，且胶囊通过十二指肠速度过快。十二指肠乳头是十二指肠部位的重要解剖标志，因此，十二指肠乳头检出率一定程度上代表了胶囊对十二指肠部位病灶的检出效能。
多项研究表明小肠胶囊内镜对十二指肠乳头的检出率低，仅为18%～43%。通过体外磁场控制技术诱导胶囊过幽门，可以提高胶囊内镜的的幽门通过率，从17%提升至59%。胶囊通过幽门后进一步在磁控条件下进行十二指肠部位检查，十二指肠乳头检出率由9%提升至30.5%[29]。但是，磁控胶囊内镜的磁力仍然不足以克服幽门的收缩力而使胶囊顺利进入十二指肠，往往需要等待幽门自行张开后，在磁力的引导下通过幽门。
为了适应十二指肠的特殊解剖结构，研究者调整了胶囊内镜的拍摄方向，研制出了一种配置有360°全景侧视胶囊（CapsoCam胶囊），CapsoCam胶囊的主要优势在于它能够在2 h内以20帧/s的速度获取高频的消化道侧视图像，对十二指肠乳头的检出率高达71%[30]。在一项比较配置有轴向摄像头和侧向摄像头的胶囊内镜的研究中发现，侧向胶囊内镜的检测效能得到了进一步的提升，该研究纳入了73例患者，比较了CpasoCam和PillCamSB2的性能。他们发现两种胶囊诊断的一致性良好，CpasoCam确诊了81.8%的阳性患者，而PillCamSB2确诊了84.8%的阳性患者，并且CapsoCam胶囊能检测到更多的病灶（108处比81处）[31]。不明原因的消化道出血是指初始胃镜检查和结肠镜检查阴性后持续或复发的不明原因出血，对于隐秘出血点的检测是具有挑战性的。具有全景模式的CapsoCam胶囊能否在这一领域发挥作用是值得探讨的问题。有研究纳入了181例不明原因消化道出血的患者，旨在探索CapsoCam对该疾病的检测效能，研究发现与PillCamSB3相比，CpasoCam能够检测出更多的出血的病例（39.7%比34.6%)[32]。
随着磁控系统和侧视胶囊的发展，十二指肠的检查效能得到了很大的提升。但是，目前尚未有明确的研究报道能实现胶囊在十二指肠部位的完全、有效控制，完整观察十二指肠仍需后续研究进一步探索、实现。
上消化道作为一个整体，目前尚未研制出能够全面探查上消化道的胶囊。针对上消化道不同部位特殊的解剖与生理结构，不同类型的胶囊内镜被用于不同部位的检查。但是，各种胶囊都存在一定的限制。单纯被动式胶囊内镜是通过消化道的蠕动和胶囊自身的重力作用移动的，这导致胶囊无法反映上消化道黏膜表面情况的全貌。并且，由于胃的容量较大，被动式胶囊内镜无法拍摄胃内的黏膜情况，而幽门的收缩力也导致该胶囊难以进入十二指肠。为了更好地了解胃内的具体情况，磁控胶囊内镜使内镜医师实现了体内胶囊空间和时间的主动控制，但是，外界的磁场控制仍然无法克服幽门的阻力，实现对十二指肠的观察。线控胶囊能够反复观察食管内的具体情况，大大提升了食管胶囊内镜的诊断效能。可分离式系线磁控胶囊内镜满足了食管和胃同时检查的要求。但是，对十二指肠的检查仍然缺少适宜的工具。
在技术迅速发展的今天，如何降低上消化道胶囊内镜检查的漏诊率，如何更加精细地控制胶囊内镜在上消化道内的运动，如何提高胶囊内镜的续航能力以及如何实现上消化道一体化胶囊内镜检查将是上消化道胶囊内镜进一步发展所必须解决的问题。
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