comparação entre a capilaroscopia USB emailfold de baixo custo e a videocapilaroscopia: um estudo-piloto

Abstract

introdução

é agora bem reconhecido que no doente que apresenta o fenómeno de Raynaud, os capilares nailfold anormais são uma “bandeira vermelha” e um factor de risco independente para a progressão para a SSc . Isto é reconhecido nos critérios de classificação ACR/EULAR 2013 para SSc: Capilares nailfold anormais são um dos critérios. Portanto, cabe a todos os reumatologistas responsáveis pela avaliação de pacientes com o fenômeno de Raynaud e/ou diagnóstico de doenças do espectro de SSc ter acesso à capilaroscopia nailfold. Caso contrário, poderá faltar um diagnóstico da CCD, negando assim aos doentes o acesso a uma intervenção precoce para prevenir o desenvolvimento de úlceras digitais dolorosas, isquemia digital crítica e envolvimento de órgãos internos potencialmente potencialmente ameaçadores para a vida. No entanto, atualmente a maioria dos reumatologistas não incorporam capilaroscopia nailfold em sua prática clínica diária, porque os sistemas de capilaroscopia não estão amplamente disponíveis, e as imagens uma vez obtidas podem ser difíceis de interpretar.

várias técnicas diferentes podem ser usadas para visualizar os capilares de nailfold . A técnica padrão ouro é a videocapilaroscopia (e é aquela com que os reumatologistas europeus com interesse em SSc são mais familiarizados ), mas isso requer equipamento caro e é improvável que seu uso se torne generalizado entre os reumatologistas gerais. Os microscópios manuais de baixo custo também podem visualizar os capilares de nailfold; por exemplo, a dermoscopia se compara favoravelmente à videocapilaroscopia de nailfold .A microscopia Universal serial bus (USB)—utilizando um microscópio digital ligado a um computador ou comprimido através de um cabo USB padrão para gravar imagens de vídeo amplificadas-pode ser a resposta para fornecer a todos os reumatologistas uma ferramenta fácil de usar, de baixo custo, manual para examinar os capilares em folhas. No entanto, a experiência com capilaroscopia USB é limitada, sem estudos anteriores comparando-a com outros sistemas de capilaroscopia. O objectivo deste estudo-piloto era examinar a viabilidade da aquisição e análise de imagens através do microscópio USB e comparar os resultados obtidos com os obtidos a partir de imagens de videocapilaroscopia. A captura bem sucedida e a análise quantitativa de imagens Capilares nailfold a partir de um microscópio USB poderiam trazer imagens Capilares quantitativas (objetivas) nailfold ao alcance da Clínica Geral de Reumatologia.

doentes e métodos

doentes

vinte doentes com SSc cutânea limitada foram recrutados para o estudo (17 mulheres, três homens, idade mediana de 63 anos, intervalo 44-75, duração mediana do fenómeno de Raynaud 21 anos, intervalo 4-42, duração mediana da doença desde o início da primeira manifestação não-Raynaud 15 anos, intervalo 3-37) e 20 controlos saudáveis, nenhum dos quais tinha Raynaud’s (15 mulheres, cinco homens, idade mediana 52 anos, intervalo 25-60). Todos os indivíduos participaram de uma visita quando a capilaroscopia nailfold foi realizada utilizando tanto a microscopia videocapilaroscopia como a microscopia USB (ver abaixo) por um único técnico. Todos foram convidados a abster-se de fumar e de bebidas contendo cafeína durante quatro horas antes da visita de estudo. O estudo foi aprovado pelo West Of Scotland Research Ethics Service e todos os pacientes deram consentimento informado por escrito.

Methods

All subjects underwent a 20 min period of aclimatization at 23 ° C in a temperature and humidity controlled room. A capilaroscopia na bolsa foi realizada com os dedos esquerdo e direito, usando (Fig. 1): (I) sistema de videocapilaroscopia de alta precisão, construído sob medida, considerado como o “padrão-ouro”; (II) um microscópio USB de baixo custo e manual. O técnico de imagem não estava cego ao estado da doença dos indivíduos, mas um protocolo de imagem estritamente padronizado foi seguido.

Videocapilaroscopia

o sistema utilizado foi descrito em pormenor noutro local . Em resumo, uma alta taxa de quadros (120 frames por segundo) câmera e sistema de lentes são montados em um estágio motorizado de três eixos controlado por software, permitindo a captura rápida de sequências de vídeo através do nailfold. A partir destas sequências de vídeo, o software personalizado gera mosaicos capilares de alta qualidade (Fig. 1) e, em seguida, faz medições totalmente automatizadas da estrutura capilar e do fluxo . A resolução da imagem é ∼1 µm / pixel.

capilaroscopia USB

esta técnica utiliza um dispositivo de consumo de baixo custo disponível comercialmente. Neste estudo nós usamos um XCSOURCE TE389 comprado via Amazon, embora muitos dispositivos semelhantes estão disponíveis a partir de apenas $ 25 . Eles contêm um sensor de câmera a cores semelhante aos encontrados em webcams comuns, e óptica plástica com controles zoom/focus, permitindo imagens de alta ampliação. A resolução Final da imagem é ∼2-6µm / pixel.

análise automatizada de imagem

usámos um método de super resolução para gerar imagens compostas a partir dos dados de vídeo do microscópio USB. Para comparação quantitativa entre a videocapilaroscopia e a microscopia USB, concentrámo-nos no diâmetro capilar médio (largura), que foi a única medida que melhor discrimina os indivíduos com e sem SSc no nosso estudo anterior e na densidade capilar (a medida com a qual os reumatologistas estão mais familiarizados). Para gerar estes (e outros) parâmetros, o software primeiro detecta cada capilar de linha distal e estima a localização de seu apex. A largura média de cada capilar é calculada a partir de estimativas da largura em cada ponto ao longo da trajetória capilar até uma distância de 100 µm do ápice. Para cada imagem em folha, a largura média foi calculada (a média das larguras Capilares individuais) e a densidade capilar (o número de apices capilares por milímetro, medidos da esquerda-a maioria para a direita-a maioria das Capilares). Para cada participante, ambas as medições de nível nailfold (ou seja, dedo anelar direito e esquerdo) foram calculadas em média para produzir parâmetros de nível participante.

análise estatística

a nossa análise envolveu uma combinação de métodos qualitativos (descritivos) e quantitativos. Para uma comparação quantitativa, a área sob a curva característica de operação do receptor (ROC AZ) foi usada para medir a separação entre o SSc e grupos de controle saudáveis usando as medições automatizadas da largura média e densidade capilar.

resultados

aplicação de software novo às imagens USB

Fig. 2 demonstra que imagens de alta qualidade podem ser geradas a partir do microscópio USB. Figo. 2a – c mostrar três molduras de vídeo da mesma secção de uma nailfold, capturadas com o microscópio USB. Embora os capilares sejam visíveis, eles não são suficientemente bem definidos para permitir a medição da morfologia e em alguns quadros eles são obscurecidos, por exemplo por brilho em Figo. 2C.Fig. 2d mostra uma reconstrução de Super Resolução ×4 da mesma região usando 15 quadros no total. Figo. 2e mostra a reconstrução de toda a nailbed obtida através do microscópio USB e da Fig. 2f a reconstrução do mesmo nailbed usando videocapilaroscopia. Os pontos verdes mostram Capilares detectados pelo software de análise. Tomando a videocapilaroscopia como “padrão-ouro”, embora os resultados USB não são perfeitos (alguns apices não foram marcados na imagem USB), a maioria dos apices foram identificados, e a olho nu a qualidade da imagem (Fig. 2e) é muito bom e permitiria facilmente a análise qualitativa que é a atual “pedra angular” da análise capilaroscópica para a maioria dos reumatologistas.

a comparação de doentes com CCS e controlos saudáveis

largura média

largura média medida automaticamente em imagens de microscópio USB a partir de controlos saudáveis foi de 15, 0 µm (95% CIs 12, 5, 17, 4), e em doentes com CCS 31, 2 µm (95% CI 23, 7, 38, 6), com área sob a curva do operador receptor (ROC az) 0, 81 (erro padrão 0, 120). Com o sistema de videocapilaroscopia, a largura média nos controlos saudáveis foi de 12, 1 µm (95% IC 11, 4, 12, 9), e em doentes com SSc 19, 0 µm (95% IC 16, 1, 21, 8), com área sob a curva do operador receptor (ROC az) 0, 81 (erro padrão 0.095) (Suplemento Fig. S1, disponível na Rheumatology online).

densidade capilar

densidade média utilizando o microscópio USB em controlos saudáveis foi de 4, 68 / mm (95% IC 2, 75, 6, 61), e em doentes com SCS 3, 78/mm (95% IC 2, 71, 4, 68), com área sob a curva do operador do receptor (ROC AZ) 0, 48 (erro padrão 0, 16). Com o sistema de videocapilaroscopia, a densidade média dos controlos saudáveis foi de 6, 43 / mm (95% IC 5, 19, 7, 67), e em doentes com SSc 3,99/mm (95% IC 3, 12, 4, 87), com área sob a curva do operador receptor (ROC az) 0, 70 (erro padrão 0, 10) (Fig. suplementar. S1, disponível na Rheumatology online).

discussão

os principais resultados do nosso estudo são que imagens de capilaroscopia em série de alta qualidade podem ser obtidas usando capilaroscopia USB, e que (pelo menos para medições de largura capilar) a capacidade de discriminar entre pacientes com CCS e controles saudáveis é tão boa usando capilaroscopia USB como com videocapilaroscopia. Assim, existem implicações tanto para os médicos como para os investigadores. Para os médicos, a mensagem é que vale a pena comprar um microscópio USB de baixo custo para a prática clínica diária para a avaliação de pacientes que apresentam o fenômeno de Raynaud ou com outros indicadores para um transtorno SSc-spectrum. Para os pesquisadores, a capacidade de obter imagens de alta qualidade para avaliação quantitativa (objetiva) a partir de sistemas de baixo custo abre a vista de dados de capilaroscopia “grande”. Estudos em larga escala envolvendo milhares de pacientes vistos em diferentes contextos clínicos parecem agora realizáveis porque médicos de centros de Reumatologia secundária e terciária em diferentes continentes poderiam ter fácil acesso ao equipamento necessário (um microscópio USB). Foram sugeridos achados capilaroscópicos Nailfold como predictores e biomarcadores do processo da doença de SCS , e grandes estudos prospectivos poderiam examinar os predictores da progressão da doença e da resposta ao tratamento com um grau de precisão não possível anteriormente. A análise automatizada da imagem torna exequível o agrupamento de imagens e dados de Estudos em grande escala.

as limitações do nosso estudo incluem o seu pequeno tamanho de amostra: este foi um estudo-piloto para examinar a prova de conceito e os estudos futuros devem incluir um maior número de doentes, incluindo aqueles com CSS cutâneo difuso. Além disso, ainda temos que otimizar o software para aquisição e análise de imagem usando o microscópio USB. O software foi “treinado” em imagens de videocapilaroscopia, e a aprendizagem não se transfere perfeitamente para imagens que, embora de boa qualidade, têm características ligeiramente diferentes. Isto é mais óbvio para a detecção de navios, onde as medições quantitativas da densidade dos navios, e comparação qualitativa (ver Fig. 2) indicar para as imagens USB a análise automatizada falhou uma proporção de vasos detectados nas imagens de videocapilaroscopia. No entanto, onde foram detectados capilares, foram obtidas medidas clinicamente úteis de morfologia capilar. Em outros trabalhos, deficiências na detecção capilar podem ser corrigidas: (i) adquirindo dados de vídeo em bruto a uma ampliação mais elevada (microscópios USB de baixo custo com 2-3 vezes maior ampliação estão agora disponíveis); (ii) refinando a aplicação da técnica de super resolução para imagens capilares; e (iii) aplicando técnicas de aprendizagem de transferência para refinar a análise automatizada para as especificidades dos dados de microscopia USB. Além disso, a concepção do estudo de comparação de dispositivos só permitiu examinar dois dedos por dispositivo. Quando um microscópio USB é usado como o único dispositivo em um exame de capilaroscopia, há potencial para analisar mais dedos, o que estudos anteriores sugerem que melhoraria a precisão do diagnóstico .

o nosso estudo centrou-se na análise quantitativa automatizada. Os estudos que comparam análises qualitativas e semi-quantitativas (por exemplo, padrões esclerodermáticos precoces, activos e tardios ) entre a microscopia USB e a videocapilaroscopia também seriam interessantes.

parece surpreendente que tenha havido tão pouca pesquisa sobre os sistemas de capilaroscopia de baixo custo, apesar do crescente interesse na capilaroscopia nailfold internacionalmente. Uma pesquisa-piloto recente de 42 clínicos norte-americanos com interesse na SSc descobriu que apenas 7% usaram videocapilaroscopia em comparação com 64% que usaram um dermatoscópio ou um optalmoscópio, sugerindo que, pelo menos nos Estados Unidos, a preferência dos especialistas da SSc é por sistemas portáteis de menor custo (microscopia USB não foi mencionada). Inversamente , num inquérito a 88 reumatologistas adultos (principalmente europeus), 90.9% sentiram que o seu conhecimento da videocapilaroscopia era bom ou satisfatório, enquanto menos de 40% sentiram o mesmo para a microscopia USB. Por conseguinte, a prática clínica, pelo menos em centros especializados, difere actualmente de país para país.

não estamos cientes de relatórios anteriores comparando microscopia USB com videocapilaroscopia, embora em 2012, Bhakuni et al. destacou o potencial da microscopia USB para examinar os capilares em folhas nailfold em um estudo que incluiu 42 pacientes com SSc e 42 sujeitos de controle. Como já foi dito, a dermoscopia foi comparada com a videocapilaroscopia. A dermoscopia (da mesma forma que a microscopia USB) é realizada à mão e, portanto, facilmente portátil, mas requer uma câmera anexada para Captura de imagem e é mais caro (na ordem de US $1000–us$2000) do que um microcópio USB. Um estudo recente que comparou fotografias capilares em série tiradas com uma “lente de smartphone” e com um “dermatoscópio de smartphone” com a microscopia em widefield realçou o potencial de dispositivos portáteis de baixo custo para utilização na prática clínica de rotina.

em conclusão, nossos achados indicam que a capilaroscopia USB é uma técnica altamente promissora e de baixo custo que pode muito bem ser o caminho a seguir para maximizar o potencial da capilaroscopia nailfold como uma ferramenta de diagnóstico e pesquisa. Os próximos passos são aumentar a conscientização sobre a técnica entre os reumatologistas e refinar a análise automatizada não só para melhorar a precisão do diagnóstico, mas para pavimentar o caminho para a pesquisa de capilaroscopia em larga escala.

agradecimentos

estamos gratos a Joanne Manning pelo apoio técnico. Este trabalho foi apoiado pelo centro de Investigação Biomédica de NIHR Manchester.

financiamento: Este trabalho foi apoiado pelo MRC grant MC_PC_15038 “MRC Confidence in Concept 2015 – the University of Manchester”.Declaração de Divulgação :Os autores não declararam conflitos de interesses.Os dados subjacentes a este artigo serão partilhados, mediante pedido razoável, ao autor correspondente.Os dados suplementares disponíveis no Rheumatology online são

dados suplementares

dados suplementares estão disponíveis no Rheumatology online.