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什么是光学染色?奥林巴斯NBI技术的原理和应用

NBI(窄带成像)技术由奥林巴斯开发。通过使用特殊的光学滤光片,它将白光过滤成特定波长的窄带光波,从而突出粘膜表面微妙的血管变化,实现早期癌症诊断准确性的质的飞跃。

01 什么是NBI技术?

NBI,即窄带成像,是一种光学图像增强技术。其原理是使用滤光片去除内窥镜光源发出的红、绿、蓝光波中的宽带光谱,仅保留波长为415nm、540nm和600nm的窄带光波。
奥林巴斯 NBI 光学染色技术原理
这些特定波长的光波具有独特的生物特性:
  • 415nm的蓝光波穿透组织较浅,容易被粘膜表面的血红蛋白吸收,使得表层血管在内窥镜下呈现棕色;
  • 540nm的绿光波具有稍强的穿透力,可以更好地显示中层血管,使得深层血管在内窥镜下呈现青绿色;
光学染色技术
通过这两层血管(浅层和深层)之间的颜色和形态对比,医生可以清晰地观察到粘膜表面的微妙变化,从而检测到传统白光内窥镜难以识别的早期病变。

02 NBI成像背后的两个自然现象

1. 第一个现象:蓝光和绿光的不同穿透深度使得可以进行“光学切片”以观察不同层次

普通白光就像日常照明,混合各种颜色照亮整个组织,但深浅区域的结构容易模糊,难以区分层次。
NBI主要使用两种特定颜色的光:蓝色和绿色:
① 蓝光波长较短,穿透浅,主要照亮最外层的黏膜和毛细血管。
② 绿光波长稍长,穿透力更深,能够照亮更深层的血管。
这就像使用一种蓝光手电筒,只能清晰地显示桌面表面的灰尘,而绿色手电筒可以照亮抽屉里的物品。通过在这两种光之间切换,NBI 使医生能够“逐层”观察组织,专注于他们需要的任何层。

第二种现象:血红蛋白吸收蓝光和绿光,使血管在屏幕上呈现出显著的深色。

我们的血液中含有血红蛋白(使血液呈红色的物质),它有一个特性:对蓝光和绿光有很强的吸收亲和力。
当 NBI 的蓝光和绿光照射到血管时,大部分光被血管中的血红蛋白吸收,因此血管在屏幕上显得非常暗。
相比之下,周围的粘膜组织反射这些光波,看起来相对明亮。
血管像"吸光海绵"一样,专门吸收这两种颜色的光,使它们的轮廓在明亮的背景下清晰地"勾勒"成暗线或网络,易于一眼识别。

03 NBI技术的发展历史

NBI技术并非一夜之间发展而成。2001年,日本学者佐野Y等首次报告了窄带成像技术在消化系统疾病诊断中的应用。
随后,奥林巴斯公司与日本国立癌症中心东医院共同开发了这项技术,并于2006年正式将其应用于内窥镜诊断。
经过近20年的发展,NBI技术不断迭代和改进。从最初的基本成像功能到今天与放大内窥镜、高分辨率成像等技术的结合,NBI已成为早期癌症诊断的重要工具。
在2024年9月,奥林巴斯甚至推出了一款基于4K窄带成像(4K NBI)技术的新相机,进一步提高了图像的清晰度和分辨率。

04 NBI的临床应用

NBI通过照射两种窄带波长(蓝光390-445 nm和绿光530-550 nm)提供观察,这些波长被血液中的血红蛋白易于吸收,突出显示了粘膜表面的毛细血管和微观图案。当癌组织试图通过扩张血管来吸收营养时,粘膜表面形成复杂的图案,随着癌症的进展,毛细血管增多。因此,使用NBI有助于早期发现癌症及后续判断癌症特性。

05 NBI在检查中的两个主要用途

① 检测和定位
医生可以从中远距离观察,快速检测可疑病变,并清晰确定病变的边界。
② 鉴别和诊断
通过观察NBI下病变区域血管的形状和腺体开口的形态,医生可以分析和判断肿瘤的性质(良性或恶性,早期或晚期)。
NBI是化学染色的替代方案。
传统的化学染色(如靛蓝卡敏)和NBI可以实现类似的视觉效果,但NBI不需要喷洒染料,使操作更加方便且无创。

06 NBI的主要靶向疾病

NBI技术最常用于筛查和诊断主要集中在上消化道和呼吸道的病变:
  • 早期咽喉癌
  • 食道癌
  • 巴雷特食管
  • 早期胃癌
  • 早期结直肠癌
  • 炎症性肠病(例如,溃疡性结肠炎)
  • 早期肺癌

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