介绍
非肌肉浸润性膀胱癌 (nmibc) 的发生率很高，并且由于其高复发率，需要密切随访。尽管nmibc患者在癌症特异性生存方面具有相对较好的预后，但据估计，癌症复发的可能性高达75％。
几项研究报告说，经尿道电切术（turbt）后3个月进行**检查时，膀胱癌的复发率高达45％。目前尚不清楚这是否已经是复发，肿瘤被忽视或肿瘤持续存在。然而，据估计，在传统的白光（wl）*检查中，膀胱肿瘤被忽略了10-20％。
因此，已经引入并测试了新颖的内窥镜成像技术，以改善例如膀胱癌的检测。使用hexvix进行光动力诊断（pdd）和窄带成像（nbi）。这些技术已显示出减少了干预措施的数量并降低
了成本。
karl storz近开发了spies系统。stor*图像增强系统的首字母缩写(storz professional image enhancement system:spies)。该系统提供了多种图像增强模式，可与spies适配的摄像头和视频内窥镜结合使用。我们*描述了膀胱肿瘤领域中不同的spies模式：光谱a，光谱b，色度和clara。假设spies模式将增强内窥镜检查期间获得的图像，从而实现更好的膀胱成像，从而更好地检测膀胱肿瘤。
在当前版本中（image 1 connects[tc200]和image 1 h3-link[tc300]）（德国图特林根的storz），除了常规的wl图像外，还提供了5种spies模式：色度，clara，clara和色度相结合， 光谱a和光谱b。色度模态应增强图像的清晰度。clara模态旨在创建图像内较暗区域的更清晰图像。它们一起应提供原始wl图像的更清晰和清晰的图像。光谱a和光谱b模式改变了成像系统中的有效光谱响应，这将导致更好的色彩对比度（图1）。此外，该系统能够在并排观看模式下与spies图像同时提供标准wl图像。
图1：a左侧：相机对氧合血红蛋白吸收曲线的响应示意图。b右侧：在spies光谱模式下针对此类典型光谱的特定显色示意图。
spies 色度
spies色度模式旨在增强显示图像的清晰度。图像的全局色彩渲染与标准wl图像相同，但是当前色差的局部对比度将得到增强。该模式的核心计算基于不清晰的屏蔽算法，其中，处理后的图像由原始图像加上原始图像与高斯滤波输出之间的比例差异提供。为了实现这一点，根据当前的空间颜色变化，对每个图像像素的大周围区域进行spies色度分析。与经典的增强算法相比，例如实时地进行这种处理需要大量的计算工作。只能改变容器边缘的亮度，而不能像spies chroma那样增强整个容器的可见性。通过使用spies chroma，目标是使结构组织信息具有更好的可见性，并且可以避免典型的边缘增强常见的反射周围典型的干扰性黑环。图2显示了spies clara中wl图像旁边的图像示例。
spies clara
spies clara模式设计为在图像中使用局部亮度调整，以使图像中较暗区域的可见性更清晰。目的是在黑暗区域可以看到更多，并提高用户的观看舒适度。spies clara中wl图像旁边的图像示例如图3所示。可选地，此模式也可以与chroma算法中提供的对比度增强功能结合使用。然后可以通过*的spies clara+色度模式访问此组合。
spies 光谱模式
当前设备提供两种不同的虚拟色谱内窥镜预定义模式，分别称为spies spectra a和spies spectra b。这些模式改变了成像系统中的有效光谱响应，因此可以在视频屏幕上观察到不同的色彩对比度 。
spies spectra a: spies spectra a模式主要基于绿色（约500-570 nm）和蓝色（约400-480 nm）光谱信号，这些信号在相机系统的rgb响应中分开（图1）。在这些波段中，与570 nm以上的红色光谱波段相比，血红蛋白吸收明显更高。由于吸收系数μa是光穿透深度δ的主要限制参数（请参见公式1），因此蓝色和绿色光谱部分的组织穿透深度被限制在短至中级范围，大约为一毫米。
公式1：在扩散近似中，光穿透深度δ取决于减小的散射系数μs和吸收系数μa
通过相对于由该光谱输入创建的原始颜色改变感知的输出颜色，的颜色转换可在这两个光谱带内声明对比度。 由于蓝色到绿色光谱部分的穿透深度有限，因此该模式可以突出浅表粘
膜和粘膜下层的毛细血管和血管的对比度（图4）。
spies spectra b: spies spectra b以及spectra a模式都将蓝到绿光谱部分发音，以便在浅层粘膜和粘膜下层获得更高的对比度。不同的是，该模式基于色调偏移算法，以减少主要的漫射红色光谱反射，同时仍将原始光谱中包含的整个光谱信息保留下来。 因此，除了蓝色到绿色光谱带外，还突出显示了毛细管和血管的对比度，而不会丢失仅在红色光谱部分可见的较深组织层的附加信息（图5）。
目标
我们假设spies chroma可以增强图像的清晰度。spies clara增强了局部亮度，spectra a（sa）和spectra b（sb）都使用特定的颜色渲染来声明所记录的宽可见光谱的光谱分离，这将增加膀胱病变的对比度。 这项研究的目的是描述不同的spies模式，并测试具有受控光学特性的膀胱组织图像和光学体模的spies图像模式spies色度和spies clara，光谱a和光谱b的图像增强功能。
材料与方法
为了研究白光和clara模式之间的差异，分析了两种设置下的图像在暗区和亮区之间的强度差异。 在水平线（红色虚线）上相对于像素测量光强度，并显示为图像上的覆盖图，如图3b所示。为了分析白光和色度模式之间的差异，对两种设置下的图像都进行了与对比度相关的强度波动分析。 在水平线（红色虚线）上相对于像素测量光强度，并显示为图像上的覆盖图，如图2b所示。
图2：使用spies chroma模式（右）进行*检查时的示例，并排双视图中有未处理的白光图像（左）。在图像中的红线位置处测量绘制为图像中的黄色叠加层的光强度。在右侧图像以及绘制的曲线图中清晰可见清晰的分界线，该曲线图显示了由较大的对比度变化引起的右侧较大的波动。
图3：使用spies clara模式（右）进行*检查时的示例，并排双视图与未处理的白光图像（左）。 在图像中的红线位置处测量绘制为图像中的黄色叠加层的光强度。 如右图所示，在右侧图像中清晰可见增加的强度，在clara模式下强度增加约30个计数（arb un）。
图4：在*检查中使用spies spectra a模式（右）的示例，并排双视图中有未处理的图像（左）。
为了评估spies系统的光谱特性，我们已经在经过验证的光学体模模型上测试了这两种光谱模式。 图6给出了幻影实验的示意图。
将充满人血的毛细管放置在三个逐渐堆叠的tio2-硅氧烷幻影下，每个幻影分别为100 μm。 如de bruin等人所述，每个体模包含0.2重量％的tio 2浓度，代表在700nm处的散射值为4mm-1。
用spies内窥镜照亮整个幻影-毛细管堆叠并对其成像。 对于每次测量，将spies内窥镜放置在堆栈上方5厘米处。所得图像显示层厚度增加的图像。 这允许测量由不同深度的光的吸收引起的对比度差异。 在采集的图像中，定义了一个感兴趣区域（roi），其中包括用作强度测量（i）的毛细管。
使用简单的配对学生t检验（medcalc®版本14.8.1）在每个成像深度位置内的wl，sa和sb之间进行统计检验。 图7-9中的误差线代表每个深度位置感兴趣区域内归一化强度分布的标准偏差。
结果
spies 色度
为了解决普通wl内窥镜检查与spies色度模式之间的差异，分析了两个图像中强度差异的数据。这些差异如图2所示。图2a显示了说明色度图像的示意图。 图2b给出了在*检查期间常规wl图像旁边的spies色度模式的实际示例。在图像中的红线位置处测量绘制为图像中的黄色叠加层的光强度，以显示与wl相比的色度效果。在wl成像（约5％）和色度成像（约25％）之间观察到强度波动存在明显差异。这些数字反映出增加的图像对比度和清晰度的视觉印象。
图5：使用spies spectra b模式进行*检查时的示例（右），并排双视图，未处理的白光图像（左）。
图6：a，幻影实验的示意图。将充满人血的毛细管放置在三个阶梯式堆叠的tio2- 硅氧烷幻影下，每个幻影均为100 μm。每个体模包含0.2％的tio2 浓度，在700 nm处的散射值为4 mm-1。用spies内窥镜照亮整个幻影-毛细管堆叠。将内窥镜放置在堆叠上方5厘米处。所得图像显示了具有增加的层厚度的表面图像，如图6b所示。这允许测量由不同深度的吸收引起的对比度差异。
spies clara
为了解决普通wl内窥镜检查与spies clara模式之间的差异，分析了两个图像中强度差异的数据。 这些差异在图3中描述。图3a显示了解释clara效果的示意图。图3b给出了*检查时常规wl图像旁的spies clara模式的实际示例。在图像中的红线位置处测量绘制为图像中的黄色叠加层的光强度，以显示与wl相比的clara效应。在强度偏移中观察到明显的差异，范围从40个强度计数（arb un，白光）到70（arb un，clara）不等。这表明图像较暗区域中的强度增加。
spies spectra a
在多层体模模型中验证了光谱a模式对图像对比度的图像。对于每个幻影层厚度，测量吸光度。 对于100 μm的层厚度，光的吸收率为14％±2％，对于200 μm的层厚度为10％±2％，对于300
μm的层厚度为1％±2％（图7）。 图4描绘了同时用白光和光谱a获得的乳头状病变的示例性图像。
spies spectra b
在多层体模模型中验证了光谱b模式对图像对比度的图像。对于每个幻影层厚度，测量吸光度。 对于100 μm的层厚度，光的吸收率为14％±2％，对于200 μm的层厚度为11％±2％，对于300 μm的层厚度为4％±2％（图8）。 图5描绘了同时用白光和光谱b获得的乳头状病变的示例性图像。
spies 光谱a和光谱b与白光
图9显示了在充满血液的毛细管上方的100、200和300 μm厚散射层上测试的白光，光谱a和光谱b模式的吸光度（％）的比较。
对于表层（100 μm），wl的平均吸光度为12.0±1.8％，而光谱a和b的吸光度分别为13.6±1.7％和13.7±1.9％。 对于中间层（200 μm），与100 μm层相比，所有模态的吸光度总体较低。wl的平均吸光度为8.7±1.8％，而光谱a和b均显示较高的吸光度，分别为9.9±1.8％和11.3±1.9％。 这表明，光谱b对中间层的吸收比wl更敏感（p = 0.001）。 对于厚的层（300 μm），所有测得的吸光度均较低。 wl的平均吸光度为4.0±2.1％，而光谱a和b的平均吸光度分别为0.5±2.1％和4.4±2.2％。 这表明与光谱a设置相比，wl和光谱b都对更深处的血管的吸收更敏感（p =0.001）。
图7：在光谱a模式下的幻像实验。对于每种厚度，测量吸光度。100μm层厚度的光吸收率为14％±2％，200μm层厚度的光吸收率为10％±2％，而300μm层厚度的光吸收为1％±2％。 图7中的误差线代表每个深度位置感兴趣区域内归一化强度分布的标准偏差。
图8：在光谱b模式下的幻像实验。对于每种厚度，测量吸光度。100μm层厚度的光吸收率为14％±2％，200μm层厚度的光吸收率为11％±2％，而300μm层厚度的光吸收率为4％±2％。 图8中的误差线表示每个深度位置感兴趣区域内归一化强度分布的标准偏差。
讨论
在评估内窥镜图像质量的领域中，仍然很多是未知的。spies系统的理论优势是使用clara和chroma可获得更好，更清晰的图像，这将改善可视化和解释能力，从而改善肿瘤的检测和治
疗。光谱a和b可能会通过更改颜色响应以及对比度来改善图像的评估，从而有助于正常黏膜和肿瘤的分化。为了客观化光谱spies模态，使用了幻影模型并测量了吸光度。 对于其他模态，
绘制像素强度以显示与未处理图像的差异。 基于这些发现，我们得出结论，新的方式确实是不同的。 但是，应该指出的是，这并不一定意味着这种方式可以改善疾病的诊断。内窥镜技术的发展旨在提高我们以方式检测并治疗癌症的能力。 膀胱癌治疗的首要目标是改善可视化，这将导致更完整的内窥镜切除术，这可能会减少辅助治疗，从而减少癌症的复发和进展。如今，可以使用各种技术来改善内窥镜成像和膀胱肿瘤的检测。总而言之，pdd利用尿路上皮癌的生化反应来实现更好的检测。nbi使用窄带光来突出不同血管化粘膜区域之间的对比度。spies包含五种模式，它们通过增加清晰度，增加黑暗区域的光线和增加对比度来改变内窥镜图像。
膀胱肿瘤检测的系统评价和荟萃分析显示，与wl*检查相比，pdd的敏感性更高。 一项大型的，多中心，前瞻性的随机试验比较了hal荧光引导的turb和标准turb，报道9个月内复发率降低了9％。 eau指南指出，使用荧光引导活检和切除术比常规方法更能检测膀胱癌，特别是对于cis。
缺点是pdd的特异性低于白光内窥镜检查（63％比81％）。bcg滴注后的前三个月，炎症或近期的tur均可诱发假阳性。 使用pdd的其他缺点是在*检查前2至4小时进行膀胱内滴注，并需要额外的设备，这导致组织更加复杂，成本增加和患者不适。
系统的回顾和荟萃分析表明，nbi是一种识别包括cis在内的异常病变的有效方法。nbi*检查的特异性低于wl*检查，这可通过膀胱内治疗后可能的炎症性病变来解释。
内分泌学会的临床研究办公室（croes）近完成了一项随机对照试验（rct）的募集，该试验比较了wl和nbi支持的turbt，这应有助于确定nbi在预防复发中的作用。 根据近的
eau指南，使用nbi的证据等级为3。
spies旨在增强内窥镜成像，从而改善肿瘤的检测和治疗。当前版本除了常规的白光图像外还包含五种形式： 色度，clara，色度和clara，光谱a和光谱b。我们测试了色度和clara系统，发现清晰度和亮度明显增加。在*检查图像中，主观上也是如此，如通过每个手术所拍摄图像上的光强度所测量的。
为了客观化光谱a和光谱b的对比效果，我们进行了幻像测试。我们拍摄了图像，以比较在100、200和300 μm三种不同层厚度下的吸光率。如所假设的，由于用于组织光谱差异的特定显
色性，光谱a和b之间存在差异，因为组织中的光穿透取决于波长。如图9所示，在100和200 μm的组织厚度中，光的吸收率更高，因此对比度更高。光谱a仅集中在浅层的吸收率上，而光谱b对较深层的吸收也很敏感。
假设是，更清晰，更清晰的图像和更多的对比度导致更高的机会来区分组织中的差异，从而具有更高的异常检测率，例如肿瘤。如今，尚无临床数据支持或拒绝spies的这些假定的好处。
为了评估对不同spies模式的理解，已进行了spies研究。 在这项研究中，以不同的spies模式捕获了膀胱中同一区域的4张图像。这项研究的灵感来自于放射肿瘤学领域，在那里研究了不
同参与者对*领域的界定差异。共有20个区域以4种图像形式被捕获。这80张图像（+20张对照图像）由73位泌尿科医师判断为图像质量）由73位泌尿科医师判断为图像质量，并且勾画出他们发现可能存在恶性肿瘤的区域。 在易于评估的情况下，以不同的方式在图像之间的划定区域中没有发现差异。 但是，在更难评估的情况下，cc和sb中的图像的解释差异小于wl
和sa。spies模态的图像质量等级明显高于wl。
除了这项评估之外，croes的临床研究办公室还启动了一项多中心随机临床试验，以比较spies turbt和white light turbt在2014年底的患者中。
结论
在这份手稿中，解释了新的stor*图像增强系统（spies），描述了其不同功能的幻像测试，并显示了膀胱肿瘤的*检查差异。spies色度模态使用当前色差的局部对比度来增强图像的清晰度。clara（clara）模式在图像中使用局部亮度调节，以使图像中较暗区域的可见性更清晰。它们一起提供了原始白光图像的更清晰，更清晰的图像。spies a和b模式改变了成像系统中的有效光谱响应，因此可以观察到更好的色彩对比度。这种对比效果取决于组织层的厚度。