Úloha narrow band imaging a autofl uorescence při diagnostice karcinomu orofaryngu

Overview

I přes pokrok v terapii nádorů hlavy a krku se celkové pětileté přežití za posledních několik dekád prakticky nezměnilo, a to zejména kvůli pozdní dia­gnóze. Vzhledem k tomu, že v minulosti byly slizniční nádory v ORL oblasti zachycovány až ve vyšších stadiích nemoci, byly vyvinuty nové endoskopické optické zobrazovací metody pro lepší a dřívější detekci těchto lézí. Dělíme je na dvě základní skupiny. Horizontální metody zobrazují povrch sliznice (úzkopásmové zobrazení – narrow band imaging, autofluorescence, fotodynamická dia­gnostika, zvětšovací a kontaktní endoskopie). Vertikální metody umožňují zobrazit různé vrstvy sliznice (optická koherentní tomografie a konfokální laserová endomikroskopie). V zahraničí jsou běžně v současné klinické praxi v různých oborech využívány narrow band imaging a autofluorescence. Do ORL působnosti se stále častěji začleňuje i zvětšovací a kontaktní endoskopie. Autoři předkládají souhrnný přehled o využití narrow band imaging a autofluorescenci při dia­gnostice karcinomu orofaryngu.

Klíčová slova:

endoskopie – optické zobrazovací metody – autofluorescence – NBI – úzkopásmové zobrazení

Úvod

Nejčastějším maligním nádorem orofaryngu je spinocelulární karcinom [1]. Rizikové faktory jsou kouření, žvýkání tabáku, nadměrná konzumace alkoholu a lidský papilomavirus (HPV) [2]. Incidence těchto nádorů neklesá, naopak v rozvinutých zemích, jako je například USA a Anglie stoupá, a to kvůli infekci HPV [3]. V České republice je výskyt nádorů orofaryngu také na vzestupu (graf 1) [4]. I přes pokroky v terapii se pětileté přežití za poslední dekády výrazněji nezměnilo. Prakticky je to většinou kvůli pozdní dia­gnóze [5].

Spinocelulární karcinom je nádor vycházející z epitelových buněk sliznice. Jeho růst je metabolicky velmi náročný. Aby měl dostatečný přísun živin, indukuje neovaskularizaci [6]. Léčba karcinomu orofaryngu může být chirurgická, nechirurgická (radioterapie nebo kombinace radioterapie a chemoterapie) nebo kombinovaná [7]. Léčba těchto karcinomů v pokročilém stadiu vede ke zvýšené morbiditě, mutilaci a šance na přežití klesá. U karcinomu orofaryngu dochází k výrazným funkčním obtížím, jako je porucha polykání, u rozsáhlejších tumorů dochází k poruchám tvorby řeči. Dochází tedy k výraznému snížení kvality života [1]. Naprosto nejdůležitější pro úspěšnost léčby malignomu orofaryngu je jeho včasná dia­gnostika. Ideálně v tzv. přednádorovém stadiu (dysplasie a karcinom in situ) [8].

Ne vždy je jednoduché tumor/ přednádorový stav identifikovat. Proto byly do praxe zavedeny různé endoskopické optické zobrazovací metody, které umožňují dia­gnostiku zlepšit [9]. Pokud je rozhodnuto o chirurgické léčbě, je důležité znát přesný rozsah onemocnění, aby byla chirurgická resekce bezpečně radikální, ale současně je vyvíjena maximální snaha o šetření funkce operovaných orgánů, tedy snaha o zachování polykání a řeči [2]. V neposlední řadě je včasná dia­gnostika důležitá i z důvodu nárůstu rizika regionálních či systémových metastáz. Jejich přítomnost výrazně zhoršuje prognózu pacienta [2]. V budoucnu se očekává využití optických zobrazovacích metod v tzv. předhistologické dia­gnostice [10]. V současnosti se používá několik endoskopických optických zobrazovacích metod. Ně­kte­ré se v dnešní době již staly naprosto rutinní v každodenní klinické praxi, jiné jsou využívány experimentálně a jejich praktické využití je otázkou budoucnosti. Endoskopické optické zobrazovací metody dělíme na horizontální, kdy zobrazujeme povrch sliznice, a na vertikální, kdy zobrazujeme různé vrstvy sliznice [9]. Mezi horizontální metody patří fotodynamická dia­gnostika (PDD), autofluorescence (AFI), zobrazení úzkým spektrem – narrow band imaging (NBI), zvětšovací endoskopie a kontaktní endoskopie (CE). Do vertikálních metod řadíme konfokální laserovou endomikroskopii (CLE) a optickou koherentní tomografii (OCT).

V dnešní době se nejčastěji v klinické praxi užívá NBI, mnohdy i v kombinaci se zvětšovací endoskopií. Méně často je v praxi užívána AFI. Vzhledem k tomu, že se jedná v obou případech o vysoce efektivní endoskopické metody, naskýtá se otázka, která z nich je výhodnější v dia­gnostice karcinomu orofaryngu. V dostupné literatuře se však nevyskytuje žádná recentní studie, která by se cíleně zabývala porovnáním výtěžnosti NBI a AFI v této indikaci. Cílem tohoto sdělení je shrnout dostupné publikované informace o účinnosti obou metod v dia­gnostice karcinomu orofaryngu.

Autofluorescence (AFI)

Tato neinvazivní vyšetřovací metoda je založena na selektivní intracelulární přítomnosti (depozitech) fluorescenčních markerů. Ve sliznici orofaryngu se standardně vyskytují elastin, kolagen, porfyriny a nikotinamidadenindinukleotid (NADH) [11]. Vlastností těchto molekul je autofluorescence (schopnost emitovat fotoluminiscenční záření), a proto je nazýváme fluorofory. Již kolem roku 1920 zkoušely ně­kte­ré vědecké skupiny měřit autofluorescenci u zdravé tkáně a u tkáně změněné maligním nádorem. V roce 1924 Policard popsal přítomnost endogenních porfyrinů v lidských tumorech [12]. Kolem roku 1940 zkoumaly ně­kte­ré vědecké týmy afinitu porfyrinů k maligní tkáni a možnost využití tohoto jevu k urychlení dia­gnózy maligního tumoru. Zkoušelo se podávání hematoporfyrinů a jejich derivátů intravenózně [13].

Třicet let po Policardovi v roce 1954 Ronchese pozoroval, že ulcerace v lidském kožním spinocelulárním karcinomu jsou esenciální pro tvorbu červené fluorescence [14]. V raných šedesátých letech Ghadially et al. pozorovali světle červenou fluorescenci limitovanou na povrch ulcerovaných tumorů. Bylo zjištěno, že se jedná o výsledek mikrobiální syntézy porfyrinů. Nález byl uzavřen jako přítomnost kyseliny 5 aminolevulové (5-ALA), kterou syntetizují bakterie, které osídlily nekrotickou tkáň nádoru [15]. 5-ALA není fluorofor, ale účastní se syntézy hemu, při které jako jeden meziprodukt vzniká fluorofor – protoporfyrin IX (PPIX). Neoplastické tkáně akumulují PPIX, neboť je zde změněna aktivita enzymů, které se účastní na bio­syntéze hemu a zároveň jsou více propustné pro 5-ALA [16]. Mimo porfyrinů jsou i další přirozené součásti tkání, které jsou zodpovědné za tzv. nativní buněčnou fluorescenci (NCF). Tyto fluorofory jsou většinou lokalizovány v submukóze [17].

Fluorofory v klidovém stavu neemitují žádné záření. Jestliže je ozáříme světlem o krátké vlnové délce (540–560 nm), jsou jejich elektrony excitovány na vyšší energetickou hladinu. V excitovaném stavu jsou fluorofory nestabilní a ihned se navracejí vyzářením tepla do stabilnějšího stavu s nižší energetickou hladinou. Do původního klidového stavu se poté dostávají vyzářením světla. Protože část původní dodané energie byla vyzářena ve formě tepla, emitované světlo má nižší energii (nižší amplitudu) a větší vlnovou délku než světlo, jímž byly fluo­rofory původně ozářeny. Tento jev lze za pomoci speciálního videoendoskopického systému zobrazit. Koncentrace fluoroforů je rozdílná ve zdravé a postižené sliznici. Díky tomu je autofluorescence např. v tumorózní tkáni utlumena, je patrná podle užitého systému oranžovo-červená nebo tmavě fialová fluorescence [11]. Naopak zdravá sliznice má standardně zelenou autofluorescenci [11]. Autofluorescence byla poprvé v ORL praxi použita v roce 1995. Na dia­gnostiku nádorů orofaryngu ji použili Kolli et al. a na nádory hrtanu Harries et al. [18, 19].

V současnosti je autofluorescence hojně využívána například v gastroenterologii, často v kombinaci se zvětšovací endoskopií při vyšetřování jícnu (Barettův jícen), žaludku (karcinom žaludku) a tlustého střeva (kolorektální problematika) [20–22].

V ORL oblasti je autofluorescence využívána zejména v oblasti orofaryngu a hrtanu. Jednu z prvních publikací stran využití autoflurescence publikovali Betz et al. v roce 1999 [11]. Uváděli, že autofluorescence subjektivně zlepšila odlišitelnost nádoru od jeho okolní tkáně ve 43 %. V roce 2003 publikovali Paczona et al. článek o využití autofluorescence v nádorech ORL oblasti (hltan i hrtan). V jejich souboru autofluorescence dosahovala senzitivity 97,4 % a specificity 60 % [23]. Další publikace týkající se využití AFI v oblasti orofaryngu nebyly pub­likovány. V roce 2015 publikovali Awan a Patil přehledový článek o efektivitě autofluorescence u potenciálně maligních lézí v oblasti dutiny ústní [24]. Do souhrnu zařadil čtyři studie z Německa [25–28], dvě z Kanady [29, 30] a po jedné studii z Velké Británie [31], USA [32], Austrálie [33], Itálie [34] a Indie [35]. Devět studií prokázalo senzitivitu v rozmezí 30–100 % a specificitu 15–92,3 % a šest studií publikovalo pozitivní a negativní prediktivní hodnoty, které byly v šíři od 6,4 do 58,1 % a 57,1 do 100 %. Awan a Patil své závěry porovnali s prací Betze et al. [36]. Ti v roce 2002 publikovali, že konvenční orální vyšetření má u suspektních orálních lézí cca 88% senzitivitu a specificitu cca 90 % [36]. Při porovnání výsledků Awana a Patila a Betze et al. nedošlo prakticky ke zlepšení senzitivity a specificity při užití autofluorescence vůči konvenční endoskopii v bílém světle. Závěrem práce Awana a Patila bylo, že není dostatek důkazů o tom, že by AFI měla dostatečnou schopnost být screeningovým testem pro karcinomy v oblasti dutiny ústní. Nicméně různé studie ukazují, že AFI může detekovat různé orální léze. Avšak schopnost odlišit malignitu a prekancerózu od benigní léze je stále otazná [24]. Podle našich dosavadních klinických zkušeností je AFI dobrým nástrojem při posuzování a detekci orofaryngeálních lézí a hranice změny autofluorescence ukazuje poměrně přesně hranici daného procesu. AFI dokáže do jisté míry i zobrazovat stav podslizniční tkáně. Vzhledem k těmto skutečnostem se zdá, že v oblasti orofaryngu může být účinnost této metody poměrně vysoká. Publikace, které by tuto domněnku potvrzovaly, ale v literatuře zatím chybí.

Narrow band imaging (NBI)

NBI je optická, obraz zvýrazňující endoskopická metoda [37]. Využívá spektrálního složení světla k lepšímu zobrazení povrchu sliznice, kdy zvýrazní povrchové léze a povrchové a podslizniční cévy [38]. Zobrazí tedy změny v epitelové kvalitě, ale zároveň změny ve slizniční vaskularizaci. To je stěžejní při zobrazování slizničních dysplazií a neoplazií, které jsou většinou provázeny neovaskularizací [39]. Během neovaskularizace nejdříve dochází k růstu, rozšiřování a prodlužování existujících kapilár. Při další progresi tumoru dochází k novotvorbě cév, které již nemají původní organizaci, a dochází tak ke ztrátě pravidelnosti uspořádání kapilár. V rozvinutých stadiích nádorového růstu pak dochází k úplné ztrátě cévní mikroarchitektury [40].

Stejně jako AFI je NBI neinvazivní vyšetření a lze jej provádět v běžném ambulantním provozu bez nutnosti sedace [41]. NBI vyšetřovací systém se skládá ze světelného zdroje (xenonová lampa), volitelně zapojitelného NBI filtru, kamerové jednotky a kamerové hlavy s optikou nebo flexibilního videoendoskopu. V neposlední řadě je součástí celého systému obrazový procesor. S NBI systémem lze vyšetřovat pacienty bez použití NBI filtru klasicky bílým světlem, anebo lze zapnout NBI mód (zapojit NBI filtr) a mít na monitoru úzkopásmový obraz. Zjednodušeně lze říct, že vyšetřujeme v klasickém RGB režimu (širokopásmový 400–800 nm), anebo v režimu Green-Blue (NBI-úzkopásmový). V NBI režimu jsou použity vlnové délky pro modré pásmo 400–430 nm (centrované na 415 nm) a pro zelené 525–555 nm (centrované na 540 nm) [9]. Modrý a zelený filtr mají centrum ve dvou absorbčních maximech hemoglobinu. Modré světlo zlepšuje zobrazení terminálních kapilár ve sliznicích (intra­epithelial papillary capillary loops, IPCL). Zelené světlo proniká naopak do hlubších vrstev a zvýrazňuje hlubší cévní pleteně [42]. Následně je obraz zachycen digitálním čipem a obrazovým procesorem, který ho zpracuje a zobrazí v uměle vytvořeném barevném podání na monitoru, a umožní tak zvýšit kontrast slizničních struktur. Díky tomu, že NBI zvyšuje slizniční kontrast bez použití barviva, a umožňuje tak lépe identifikovat povrchové slizniční léze, nazývá se někdy také optická chromoendoskopie [43].

Barva sliznice je determinována primárně hemoglobinem, který silně absorbuje modré a zelené vlnové délky, a naopak červenou neabsorbuje vůbec. Díky nastavení modrého filtru, který koresponduje s absorpčním maximem hemoglobinu, se IPCL v povrchové vrstvě sliznice zobrazují hnědě. Zároveň jsou silnější krevní cévy v hlubších vrstvách sliznice a podslizničního pojiva zvýrazněny zeleným světlem a zobrazují se tyrkysově. Cévní struktury jsou tedy zobrazeny s větším kontrastem oproti epitelu, než je tomu při běžné endoskopii s použitím bílého světla [9]. Při zobrazování slizničních lézí, jako je dysplazie, karcinom in situ a karcinom, je možné v NBI světle lépe pozorovat změny epitelu (změny povrchu a zesílení) a změny cévního uspořádání. Při neoangiogenezi jsou patrné nepravidelnosti IPCL (změny tvaru a rozšiřování). Tyto změny jsou v NBI obraze patrné jako „hnědé tečky“ nepravidelně rozeseté v ohraničeném ložisku změněného epitelu [42]. Díky tomu lze zobrazit i slizniční patologie o průměru několika milimetrů. Limitem této metody je dosažené zvětšení a rozlišení. Pro zlepšení výtěžnosti vyšetření je dobré zkombinovat NBI se zvětšovací či kontaktní endoskopií [43].

V květnu roku 1999 byla poprvé představena myšlenka NBI a v prosinci 1999 byl zhotoven první NBI obraz živé tkáně za použití světla 415 nm. Následně se začal vyvíjet ve spolupráci dr. Sanem prototyp NBI vyšetřovacího systému [37]. V roce 2001 Sano et al. publikovali první klinické využití v gastroenterologii [38]. V roce 2005 byla představena první generace NBI vyšetřovacího systému. Své uplatnění našel zejména v gastroenterologii [39]. Následně se NBI ukázalo jako efektivní v detekci neoplastických a dysplastických lézí v gastrointestinálním traktu, horním aerodigestivním traktu, bronchiálním stromu a urogenitálním traktu [42].

V oblasti orofaryngu se využitím NBI zabývali Muto et al. [44], kteří využívali NBI se zvětšovací endoskopií k detekci synchronního superficiálního karcinomu jícnu a ORL oblasti. Zjistili, že synchronní duplicita byla přítomná v 8 % případů a že NBI endoskopie zjistí povrchový nádor v ORL oblasti mnohem častěji než běžná endoskopie. NBI senzitivita byla 100 % a specificita 78,6 %, kdežto u běžné endoskopie byla senzitivita 7,7 % a specificita 95,5 %. Dalšími autory, kteří se zabývali problematikou využití NBI v dia­gnostice lézí v orofaryngu, byli Yoshimura et al. [45]. Shrnuli endoskopické rysy povrchového orofaryngeálního a hypofaryngeálního karcinomu při konvenční endoskopii a v NBI světle. Zjistili, že běžnou charakteristikou povrchového faryngeálního karcinomu v bílém světle je začervenání. V NBI světle bez zvětšení se povrchové léze projevovaly jako dobře ohraničené hnědé okrsky, které při zvětšovací NBI endoskopii vypadaly jako intervaskulární hnědé epitelie, a abnormální mikrocévy vykazovaly dilataci, proliferaci a nepravidelnosti. V této studii měla NBI endoskopie senzitivitu 52 % a specificitu 92 %, klasická endoskopie senzitivitu 72 % a specificitu 59 %. NBI endoskopie tak může zachytit povrchové faryngeální léze, které můžeme úspěšně léčit endoskopicky [45].

V dnešní době je NBI bráno jako užitečná a efektivní metoda pro detekci dysplastických lézí a malých superficiálních maligních lézí během rutinního endoskopického vyšetření [42].

V roce 2016 publikovali Ni et al. prospektivní studii porovnávající NBI a AFI u nádorů hlavy a krku zaměřenou na hrtanové léze [46]. Senzitivita a specificita byla pro klasickou endoskopii 74 % a 67 %, pro NBI 95 % a 85 % a pro AFI 97 % a 48 %. Z toho vyplývá, že nebyl signifikantní rozdíl v senzitivitě pro dia­gnostiku maligní léze mezi NBI a AFI, ale obě byly více senzitivní než klasická endoskopie. NBI měla signifikantně větší specificitu než AFI a klasická endoskopie, tedy NBI byla signifikantně přesnější pro dia­gnózu benigní a maligní léze v porovnání s klasickou endoskopií a AFI [46]. Podobné výsledky měli i Suzuki et al. u karcinomů jícnu [47]. Studie pro porovnání NBI a AFI u dia­gnostiky karcinomů orofaryngu podle našich informací nebyla dosud publikována.

Jak vypadají tkáně v klasickém, NBI a AFI zobrazení ukazují obr. 1–3.

Zvětšovací endoskopie

Běžné endoskopy (nezvětšovací) neumožňují detailnější zobrazení změn ve vaskularizaci. K lepšímu zobrazení změněných IPCL je nutné dosáhnout dostatečného zvětšení a rozlišení. Toho dosáhneme za pomoci tzv. zvětšovací endoskopie, kde můžeme získat až 150násobné zvětšení [10]. Pokud tuto metodu zkombinujeme s televizním obrazem o vysokém rozlišení (více než 1 milion obrazových bodů – HDTV) nebo ultravysokém rozlišení (8 milionů obrazových bodů – 4K), můžeme detailně zobrazit slizniční kapilární mikroarchitekturu in vivo [9].

Do nedávna byly maligní slizniční změny dia­gnostikovány až při histologickém vyšetření. Díky zvětšovacím endoskopům, se kterými lze pozorovat povrch sliznic ze vzdálenosti několika milimetrů v kombinaci s HDTV nebo 4K zobrazením, můžeme určit malignitu s vysokou pravděpodobností ještě před stanovením histologické dia­gnózy [10].

V praxi existují flexibilní a rigidní zvětšovací endoskopy se zoomem. Flexibilní jsou využívány v gastroenterologii, ale vzhledem k jejich rozměrům jsou v ORL k transnazálnímu vyšetření nepoužitelné [48]. V ORL oblasti lze u pacientů provádět vyšetření zvětšovací endoskopií většinou jen pomocí rigidních optik. Pokud chceme vyšetřovat pacienta bez celkové anestezie v ambulantním režimu, lze takto vyšetřit pouze dutinu ústní a orofarynx. Hrtan a hypofarynx musí být vyšetřeny v celkové anestezii, kdy je rigidní endoskop zaváděn skrze direktní laryngoskop.

Zkombinujeme-li zvětšovací a NBI endoskopii, dosáhneme vysokého rozlišení a díky použití úzkopásmového světla zvýšíme kontrast mezi slizničními cévami a epitelem. Díky tomu můžeme přesněji pozorovat změny ve slizniční cévní kresbě (vaskularizaci), a přesněji tak odlišit benigní a maligní změny [49].

  Závěr

Jak bylo uvedeno na začátku tohoto textu, naším cílem je odhalit patologii v co nejnižším stadiu nemoci (ideálně ve stadiu dysplasie či karcinoma in situ) a co nejdříve ji léčit, aby se zvýšila šance na radikální léčbu a snížila pooperační morbidita. Výše uvedené metody zlepšují šanci na dřívější objektivizaci onemocnění. Zatímco NBI lze považovat za v praxi rozšířenou metodu, AFI se zatím většího rozšíření nedočkala. V literatuře jsou dostupné studie, které porovnávají NBI a AFI u dutiny ústní a hrtanu. Pro oblast orofaryngu takové studie zatím chybí. Podle prací publikovaných o využití AFI v dia­gnostice onemocnění dutiny ústní je její účinnost otazná. V případě hrtanových lézí nebyl signifikantní rozdíl v senzitivitě pro dia­gnostiku maligní léze mezi NBI a AFI. NBI měla signifikantně větší specificitu než AFI. Podle našich dosavadních klinických zkušeností by AFI mohla být dobrým nástrojem při posuzování a detekci orofaryngeálních lézí, a to zejména pro posuzování hranice jejich šíření. Předpokládáme, že kombinace obou metod by mohla přinést značné výhody v časné dia­gnostice i při posouzení rozsahu orofaryngeálních tumorů. Dosud ale nebyly publikovány žádné práce, které by tuto domněnku potvrzovaly. 

Prohlášení o střetu zájmů

Autor práce prohlašuje, že v souvislosti s tématem, vznikem a publikací tohoto článku není ve střetu zájmů a vznik ani publikace článku nebyly podpořeny žádnou farmaceutickou firmou. Toto prohlášení se týká i všech spoluautorů.

Přijato k recenzi: 15. 6. 2020

Přijato do tisku: 3. 9. 2020

MU Dr. Jaroslav Sýba

Otorinolaryngologická klinika 3. LF UK a FN Královské Vinohrady Šrobárova 50 

100 00 Praha 10

sybaotn@gmail.com