《Dermatopathology》：Emerging In Vivo and Ex Vivo Optical Imaging Technologies in Dermatology and Dermatopathology
光学成像技术正日益重塑临床皮肤病学与皮肤病理学之间的界面。在体反射共聚焦显微镜（IV-RCM）、线场共聚焦光学相干断层扫描（LC-OCT）和离体共聚焦显微镜（EV-CM）能够在无需传统组织病理学处理或显著缩短处理时间的情况下提供组织水平的形态学信息。这些技术实现了“虚拟活检”的概念，并逐渐整合到诊断工作流程中。然而，其临床价值不能仅通过传统的诊断性能指标（如敏感性和特异性）来理解。相反，其影响取决于所生成的信息如何被纳入连续的诊断路径和临床决策过程中。本综述总结了IV-RCM、LC-OCT和EV-CM的原理、当前应用、诊断性能、局限性及未来展望。研究人员讨论了这些模式的互补优势，并提出了一个系统视角，将成像技术视为连接临床检查、皮肤镜、病理学、外科手术和计算决策支持的诊断生态系统的组成部分。人工智能、多模态成像和数字病理学的新进展可能会进一步加强这些联系，并扩大光学成像在皮肤病学和皮肤病理学中的作用。
**1. Introduction**
过去二十年，光学成像技术（如IV-RCM、LC-OCT和EV-CM）的出现，将皮肤病学评估扩展到传统的临床检查和皮肤镜之外。组织病理学仍是诊断金标准，但活检具有侵入性、耗时且具破坏性。光学成像技术旨在通过提供细胞分辨率的形态学信息，弥合临床检查与病理学之间的差距。其价值不仅取决于仪器本身的诊断性能（如敏感性和特异性），更依赖于成像在诊断工作流程中的整合方式，包括患者选择、阈值设定、图像解读和后续临床决策。因此，这些技术应被视为诊断生态系统的组成部分，其贡献在于提供额外信息，而临床影响取决于临床医生和病理学家何时进行成像、如何解读结果以及采取何种行动。随着人工智能（AI）与光学成像的整合，这一视角变得尤为重要。IV-RCM、LC-OCT和EV-CM在诊断路径中占据互补位置：IV-RCM提供表皮和浅层真皮的高分辨率正面成像，LC-OCT扩展成像深度并提供水平和垂直视图，EV-CM则支持快速评估新鲜切除组织。本综述从原理、应用、诊断性能、局限性和未来前景方面审视这些技术，并讨论其作为诊断生态系统组成部分的作用。
**2. In Vivo Reflectance Confocal Microscopy (IV-RCM)**
**2.1. Optical Principle and Instrumentation**
IV-RCM利用细胞和亚细胞结构之间的折射率差异产生光学对比度，无需外源性染色。近红外激光（约785 nm）通过高数值孔径物镜聚焦到特定组织平面，来自焦平面的背散射光子通过共焦针孔，而离焦光被拒绝。该系统产生约3–5 μm厚的光学切片，横向分辨率接近1 μm。高折射率结构（如黑色素、黑素体、角蛋白和胶原）呈亮色，而细胞核和富含水的细胞质呈暗色。黑色素是人体皮肤中最强的内源对比源，使IV-RCM特别适用于评估色素性病变。目前临床使用两种主要设备配置：大盘探头系统通过粘合环固定在皮肤上，可获取覆盖数平方毫米的拼接图像；小型手持系统则提供更大的灵活性，适用于解剖复杂部位。图像主要沿皮肤表面平行方向（正面）获取，垂直重建需通过计算堆叠多个光学切片。IV-RCM图像与常规组织病理学显著不同，解释需要专门培训和熟悉共焦解剖学和病理学。
**2.2. Imaging Characteristics of Normal Skin**
正常皮肤结构的认知对准确解读IV-RCM图像至关重要。角质层呈现为亮的多边形无核角质细胞，形成特征性表面图案。颗粒层和棘层中，角质形成细胞边界形成经典的“蜂窝状图案”，即明亮的细胞轮廓包围暗色细胞核。在真皮-表皮交界处，色素性基底角质形成细胞形成围绕真皮乳头的亮环，即“环状图案”，这是共焦成像中最重要标志之一。浅层真皮中，胶原束呈亮纤维结构，毛细血管环和循环炎症细胞可动态可视化。许多IV-RCM诊断标准基于这些正常结构模式的偏离，如蜂窝状结构丢失、乳头轮廓破坏或非典型细胞群体出现。
**2.3. Melanocytic Lesions**
皮肤黑色素瘤的诊断是IV-RCM研究最广泛的适应症。大量前瞻性研究、系统评价和荟萃分析表明，在临床或皮肤镜可疑病变中，IV-RCM作为二级检查可提高诊断准确性。与黑色素瘤相关的特征包括非典型佩吉特样细胞、无边缘乳头、不规则交界处增厚、非典型巢和真皮-表皮交界处结构紊乱。已开发多种半定量评分系统以支持诊断，这些系统整合了结构和细胞学标准，但不应取代专家解释。IV-RCM在皮肤镜评估后仍不确定的病变中尤其有价值，可改变管理决策。在扁平或仅轻微隆起的色素性病变中，IV-RCM能减少诊断不确定性。此外，IV-RCM在评估恶性雀斑样痣中发挥重要作用，可通过直接观察毛囊周围非典型黑素细胞来评估病变边缘。
**2.4. Keratinocyte Skin Cancer**
基底细胞癌（BCC）是IV-RCM最成熟的适应症之一。特征性共焦特征包括细长的肿瘤岛、外周栅栏状排列、肿瘤周围暗裂隙、血管增多、炎性浸润和明亮纤维性间质结构。荟萃分析显示，在特定研究人群中，诊断原发性BCC的敏感性超过90%，特异性接近90%。IV-RCM在美容敏感区域尤其有用，可避免不必要的活检或治疗。IV-RCM还可用于BCC亚型分型，浅表和结节型肿瘤通常具有特征性结构，但浸润性亚型因成像深度受限而更具挑战性。光化性角化病（AK）和鳞状细胞癌（SCC）是另一个重要应用领域，IV-RCM可显示蜂窝状结构紊乱、非典型角质形成细胞、角化不全、角化不良和炎症变化，但穿透深度限制妨碍了对深部侵袭性SCC的评估。
**2.5. Inflammatory and Infectious Dermatoses**
IV-RCM已越来越多地应用于炎症性和感染性皮肤病。在银屑病中，特征性发现包括角化不全、真皮乳头延长、毛细血管扩张和炎症细胞聚集。湿疹性皮炎可显示海绵水肿、炎症细胞外渗和表皮结构破坏。扁平苔藓常表现为界面变化和真皮-表皮交界处炎性浸润。IV-RCM允许随时间重复成像而不破坏组织，可指导活检部位选择，并允许直接观察治疗诱导的形态学变化。在感染性皮肤病中，IV-RCM在检测外寄生虫（如蠕形螨、疥螨）方面具有特殊价值，可提供床旁直接可视化信息。
**2.6. Therapy Monitoring and Pre-Surgical Mapping**
IV-RCM的非侵入性使其适用于纵向监测，可用于评估非手术治疗（如光动力疗法、局部咪喹莫特、5-氟尿嘧啶和靶向治疗）的反应，在临床复发前检测残留肿瘤。另一个重要应用是术前绘图，特别是在恶性雀斑样痣和某些BCC中，IV-RCM可识别亚临床肿瘤扩展，改善手术规划，尤其在面部或解剖复杂区域。
**2.7. Limitations of RCM**
IV-RCM的主要局限性包括穿透深度有限（约200–250 μm），无法观察深层真皮结构；图像方向与常规组织病理学不同（水平 vs 垂直），造成学习曲线和沟通困难；解读依赖操作者，诊断性能在专家中心和常规实践间可能存在差异；获取时间、设备成本、报销限制和可用性仍制约其推广。
**3. Line-Field Confocal Optical Coherence Tomography (LC-OCT)**
**3.1. Technical Principle**
LC-OCT结合了光学相干断层扫描和共焦显微镜的原理，通过集成干涉深度门控和共焦空间滤波，实现近细胞分辨率并扩展成像深度至约500 μm。该技术采用宽带光源和Linnik型干涉仪，配备高数值孔径物镜。组织反射光与参考光束比较，实现结构精确定位。结合低相干干涉测量和共焦检测，空间分辨率接近1 μm。LC-OCT的主要优势包括更大的穿透深度，以及实时获取水平和垂直图像的能力。垂直切片更接近常规组织病理学，便于解释。三维重建可快速生成，提供病变结构的全面视图。当前商用设备还将皮肤镜直接整合到成像工作流程中，实现表面形态和皮下结构的相关性。
**3.2. Imaging Characteristics and Normal Skin**
在垂直LC-OCT切片中，角质层表现为明亮的浅表带，覆盖活表皮。单个角质形成细胞常可分辨，外观类似常规苏木精-伊红切片。真皮-表皮交界处是分隔表皮和真皮腔室的明确界面。毛囊、皮脂腺、汗腺管和血管易于识别。由于可同时获取水平和垂直图像，观察者可以切换视角，从多个方向评估结构，这一双视角能力是重要概念进步。
**3.3. Clinical Applications of LC-OCT**
**3.3.1. Benign Keratinocytic Lesions**
脂溢性角化病和日光性雀斑样痣是常见良性病变，可能模仿黑色素瘤或BCC。LC-OCT可显示特征性结构特征：脂溢性角化病通常表现为乳头状表皮增生、角蛋白填充的凹陷、角囊肿和边界清晰；日光性雀斑样痣以延长钉突、基底色素增加和正常结构保留为特征，与恶性雀斑样痣不同。
**3.3.2. Basal Cell Carcinoma**
BCC是LC-OCT验证最充分的适应症。特征性发现包括肿瘤小叶、外周栅栏状排列、间质裂隙和正常真皮结构破坏。LC-OCT的垂直取向在评估肿瘤深度、向下增殖和肿瘤岛与周围组织关系方面具有优势。多项前瞻性研究报告诊断BCC的敏感性约95–99%，特异性85–95%，优于单纯皮肤镜。LC-OCT可估计肿瘤深度和亚型，对非手术治疗或组织保留手术的决策至关重要。
**3.3.3. Actinic Keratosis and Squamous Cell Carcinoma**
LC-OCT在光化性角化病和SCC中表现出良好性能，可显示结构紊乱、非典型角质形成细胞、角化不良和真皮-表皮交界处破坏。特别值得注意的是PRO评分（增殖、圆形细胞、紊乱起源）的提出，专门用于分级AK和评估沿AK-SCC连续体的进展。
**3.3.4. Melanocytic Lesions**
LC-OCT在黑色素细胞病变中的证据基础不如IV-RCM成熟，但近期研究显示其可显示佩吉特样细胞、非典型黑素细胞、交界巢、真皮巢和结构紊乱。LC-OCT的水平和垂直双视图能力使其可与IV-RCM和常规组织病理学比较，但标准化诊断标准仍在发展中。
**3.3.5. Inflammatory and Infectious Disorders**
LC-OCT已应用于炎症性皮肤病（如银屑病、湿疹、扁平苔藓和界面皮炎），可显示海绵水肿、炎性浸润和表皮结构变化，其增加的穿透深度在涉及附件结构或深层毛囊的疾病中具有优势。在感染性皮肤病中，LC-OCT在床旁评估某些寄生虫和浅表感染方面显示出实用性。
**3.4. Pre-Surgical Mapping and AI-Assisted Imaging**
LC-OCT最有前景的新兴应用之一是角化细胞皮肤癌的术前绘图，特别是BCC。高分辨率三维成像可描绘亚临床肿瘤扩展，改善手术规划。近期系统已将AI直接整合到采集工作流程中，深度学习算法可识别肿瘤可疑区域、生成病变概率评分并实时高亮感兴趣区域。AI的临床价值不仅在于提高分类性能，还在于减少读者间变异、促进培训和跨机构一致性。
**3.5. Limitations of LC-OCT**
尽管有优势，LC-OCT的穿透深度仍限于约500 μm，无法完全替代组织病理学评估深部浸润性肿瘤。该技术相对较新，角化细胞肿瘤的诊断标准已较完善，但黑色素瘤、炎症性疾病和附件病理学的标准化算法仍在发展中。设备成本、培训要求和有限可用性仍限制其采用，且解读依赖观察者，需要大量专业知识。
**4. Ex Vivo Confocal Microscopy**
**4.1. Concept and Position Within the Diagnostic Pathway**
EV-CM在光学成像技术中占据独特位置，作为临床成像和常规病理学之间的桥梁。它对新切除的组织标本进行成像，目的是确定切除的组织中是否含有肿瘤以及是否需要进一步干预。在快速组织评估中，EV-CM提供了速度、图像质量和操作简便性的独特组合，生成类似常规苏木精-伊红切片的数字图像，被称为“数字快速病理学”。
**4.2. Principle and Instrumentation**
新鲜切除组织标本经短暂固定并使用荧光染料（如吖啶橙和固绿）染色。制备后，标本置于载玻片上并定位在成像系统中。该仪器通常使用双激光波长，结合反射和荧光信号生成类似常规组织病理学的复合图像。图像可在高放大倍数下检查、数字导航并立即解读。整个工作流程通常需5–15分钟，远短于常规组织病理学处理。EV-CM操作相对简单，可由单人操作，只需有限实验室基础设施，适用于需要快速周转的手术环境。
**4.3. Imaging Characteristics**
与依赖内源对比的IV-RCM和LC-OCT不同，EV-CM使用荧光染色增强细胞结构可视化，图像外观更接近常规组织病理学。表皮结构、附件结构、肿瘤岛、炎性浸润和间质变化均可高保真识别。对许多观察者而言，解读比在体共焦图像更直观，生成数字H&E样图像有助于临床皮肤科医生、外科医生和病理学家之间的跨学科沟通。
**4.4. Clinical Applications of Ex Vivo Confocal Microscopy**
**4.4.1. Margin Assessment in Dermatosurgery**
EV-CM最成熟的应用是皮肤外科手术中的术中切缘评估。新鲜切除组织可在几分钟内检查，快速识别手术切缘的残留肿瘤，尤其适用于BCC。与常规冰冻切片相比，EV-CM处理时间更短，同时保留组织以备后续常规病理学评估。其临床价值源于在手术工作流程中的位置：分钟级信息可影响即时手术决策。
**4.4.2. Basal Cell Carcinoma**
BCC是EV-CM研究最广泛的适应症，特征性肿瘤岛、外周栅栏状排列、间质裂隙和间质反应易于识别。多项研究显示EV-CM与常规组织病理学在手术切缘评估方面具有良好一致性，已越来越多地用于专科皮肤外科中心。EV-CM可快速检查大面积组织，比常规组织病理学采样更全面，有助于检测局灶残留肿瘤。
**4.4.3. Melanocytic Lesions and Melanoma**
黑色素瘤是更具挑战性的应用，需要识别细微细胞学和结构异常。研究表明EV-CM可识别黑色素细胞增殖的特征性特征，并提供肿瘤厚度估计。尽管常规组织病理学仍是黑色素瘤确诊必需，但EV-CM可贡献于快速分诊、切缘评估以及临床成像与病理学的相关性，创建从皮肤镜到IV-RCM/LC-OCT再到EV-CM和常规病理学的连续成像路径。
**4.4.4. Inflammatory and Autoimmune Diseases**
EV-CM的应用超越肿瘤学，在自身免疫性大疱性疾病（如大疱性类天疱疮）中表现出良好前景，可能补充或简化常规诊断工作流程。罕见炎症性皮肤病和某些炎性浸润也可通过EV-CM评估，展示其多功能性。
**4.4.5. Beyond Dermatopathology**
EV-CM不限于皮肤科，已报告用于胃肠道病理学、肝脏病理学、神经外科等其他外科领域，表明其解决了病理学中普遍存在的挑战：在临床决策所需时间内快速生成高质量形态学信息。
**4.5. Diagnostic Accuracy**
报告的诊断性能因适应症和研究设计而异。系统评价显示敏感性和特异性通常超过80%，与常规组织病理学的一致性率常超过90%。对于角化细胞皮肤癌的切缘评估，多项研究报告了特别有利的结果。然而，诊断准确性需结合背景解读，专科中心获得的性能估计可能不适用于所有环境。
**4.6. Advantages and Limitations**
EV-CM的优势包括：周转时间极短（5–15分钟）；生成类似常规H&E切片的数字图像，便于沟通；操作要求相对简单；组织得以保留，允许后续常规病理学检查。局限性包括：单次采集可检查的组织标本尺寸受限；解读仍需专门培训，共焦伪影和染色差异可能造成误差；常规组织病理学在许多情况下仍必不可少（如需要免疫组化或分子检测）；广泛实施依赖于经济因素、培训基础设施和与现有病理学工作流程的整合。
**5. Integration in Clinical Workflows and Role of AI**
IV-RCM、LC-OCT和EV-CM最好被理解为诊断工作流程的组成部分，而非独立诊断测试。诊断性能源于技术、观察者、患者选择、诊断阈值和临床目标之间的相互作用。在常规实践中，成像模式顺序使用：临床检查和皮肤镜后，对可疑病变进行IV-RCM或LC-OCT，而EV-CM支持切除组织的快速评估。这些模式与常规病理学互补，形成从病变检测到病理学评估的诊断生态系统。光学成像、数字病理学和AI的融合是当代皮肤病学和皮肤病理学的重要发展。深度学习模型在IV-RCM和LC-OCT图像解读中表现出良好性能，并已整合到商用成像平台中。AI的未来角色不仅限于病变分类，还可辅助图像注释、形态学特征量化、结构化报告和多模态信息整合。EV-CM可能提供在体成像与数字病理学之间的自然桥梁。AI的临床价值取决于其如何嵌入诊断工作流程，最大影响可能来自改善信息整合、解读和沟通，而非分类准确性的增量提升。三种技术的最佳适应症和实际要求不同：IV-RCM适用于黑色素细胞病变，LC-OCT提供垂直、组织学样切片，对角化细胞癌和肿瘤深度估计有利，EV-CM主要用于术中切缘评估。对于BCC，这些模式可支持病变特征描述、亚型区分、切缘评估、治疗计划和反应监测。实践实施受学习曲线、设备可用性和成本影响，成本效益数据表明，在临床可疑病变中分诊可减少不必要切除，从而补偿设备成本，但形式健康经济学证据仍有限。所有三种技术的最明确益处出现在特定决策点：监测治疗反应、指导术中切缘评估和避免不会改变管理策略的活检。图像解读的可重复性取决于标准化标准，目前IV-RCM的共识术语、图像词汇表和评分系统最成熟，而LC-OCT和EV-CM的标准化工作仍在进行中。多中心读者研究表明，结构化且可能AI辅助的解读可提高跨中心可重复性。大规模采用前需解决监管路径、与数字病理学和实验室信息系统整合、以及前瞻性多中心验证研究的需求。
**6. Future Directions and Conclusions**
未来发展方向将聚焦于三个领域：技术持续进步改善图像质量、获取速度、穿透深度、三维可视化和易用性；多模态工作流程整合互补成像技术（如OCT血管成像、高频超声、拉曼光谱和电阻抗谱）；AI从图像分类向工作流程支持的演变，包括病变选择、图像解读、切缘评估、图像-病理学相关性和多模态信息整合。同时，标准化术语、报告系统和培训课程将推动采用。未来研究应更强调以患者为中心的结局，包括减少不必要手术、改善手术结果、缩短诊断延迟和成本效益。光学成像的未来不仅取决于更好的仪器，更取决于跨诊断系统的信息整合。临床益处来自信息转化为行动，因此未来研究应评估完整诊断路径和以患者为中心的结局，而非仅关注孤立的诊断准确性指标。
