Comparación entre la capilaroscopia con clavijas USB de bajo costo y la videocapilaroscopia: un estudio piloto

Resumen

Introducción

Ahora se reconoce que en el paciente que presenta el fenómeno de Raynaud, los capilares con pliegues de uñas anormales son una «bandera roja» y un factor de riesgo independiente para la progresión a ES . Esto se reconoce en los criterios de clasificación ACR/EULAR 2013 para SSc : uno de los criterios son los capilares anómalos en las uñas. Por lo tanto, corresponde a todos los reumatólogos responsables de evaluar a los pacientes con fenómeno de Raynaud y/o diagnosticar trastornos del espectro SSc tener acceso a la capilaroscopia de uñas. De lo contrario, se podría pasar por alto un diagnóstico de SSc, lo que negaría a los pacientes el acceso a una intervención temprana para prevenir el desarrollo de úlceras digitales dolorosas, isquemia digital crítica y afectación de órganos internos potencialmente mortales. Sin embargo, en la actualidad, la mayoría de los reumatólogos no incorporan la capilaroscopia de uñas en su práctica clínica diaria, porque los sistemas de capilaroscopia no están ampliamente disponibles y las imágenes una vez obtenidas pueden ser difíciles de interpretar.

Se pueden utilizar varias técnicas diferentes para visualizar los capilares de las uñas . La técnica de referencia es la videocapilaroscopia (y es la que más conocen los reumatólogos europeos interesados en la SSc ), pero esto requiere un equipo costoso y es poco probable que su uso se generalice entre los reumatólogos en general. Los microscopios manuales de bajo costo también pueden visualizar los capilares de las uñas; por ejemplo, la dermoscopia se compara favorablemente con la videocapilaroscopia de las uñas .

La microscopía de bus serie universal (USB), que utiliza un microscopio digital conectado a una computadora o tableta a través de un cable USB estándar para grabar imágenes de video ampliadas, podría ser la respuesta para proporcionar a todos los reumatólogos una herramienta de mano fácil de usar y de bajo costo para examinar los capilares de las uñas. Sin embargo, la experiencia con la capilaroscopia USB es limitada, sin estudios previos que la comparen con otros sistemas de capilaroscopia. El objetivo de este estudio piloto fue examinar la viabilidad de adquirir y analizar imágenes utilizando el microscopio USB y comparar los resultados obtenidos con los de las imágenes de videapilaroscopia. La captura exitosa y el análisis cuantitativo de imágenes capilares con pliegues de uñas de un microscopio USB podrían llevar las imágenes capilares con pliegues de uñas cuantitativas (objetivas) al alcance de la clínica general de reumatología.

Pacientes y métodos

Pacientes

Veinte pacientes con ESc cutánea limitada fueron reclutados para el estudio (17 mujeres, tres hombres, mediana de edad 63 años, rango 44-75, mediana de duración del fenómeno de Raynaud 21 años, rango 4-42, mediana de duración de la enfermedad desde el inicio de la primera manifestación no de Raynaud 15 años, rango 3-37) y 20 controles sanos, ninguno de los cuales tenía Raynaud (15 mujeres, cinco hombres, edad media 52 años, rango 25-60). A todos los sujetos se les atendió en una visita cuando se realizó una capilaroscopia de uñas mediante videocapilaroscopia y microscopía USB (ver más abajo) por un solo técnico. Se pidió a todos que se abstuvieran de fumar y de tomar bebidas que contengan cafeína durante cuatro horas antes de la visita al estudio. El estudio fue aprobado por el Servicio de Ética de Investigación del Oeste de Escocia y todos los pacientes dieron su consentimiento informado por escrito.

Métodos

Todos los sujetos se sometieron a un período de aclimatación de 20 min a 23 ° C en una habitación con temperatura y humedad controladas. Se realizó capilaroscopia con uña de los dedos anular izquierdo y derecho, utilizando (Fig. 1): (i) sistema de videocapilaroscopia de alta precisión, hecho a medida, tomado como el «estándar de oro»; (ii) un microscopio USB portátil de bajo costo. El técnico de imágenes no estaba ciego al estado de la enfermedad de los sujetos, pero se siguió un protocolo de imágenes estrictamente estandarizado.

Videocapilaroscopia

El sistema utilizado se ha descrito en detalle en otra parte . En resumen, una cámara de alta velocidad de fotogramas (120 fotogramas por segundo) y un sistema de lentes están montados en un escenario motorizado de tres ejes controlado por software, lo que permite la captura rápida de secuencias de video a través de la pletina. A partir de estas secuencias de vídeo, el software personalizado genera mosaicos capilares de uñas de alta calidad (Fig. 1) y luego realiza mediciones completamente automatizadas de la estructura capilar y el flujo . La resolución de la imagen es de 1 1 µm / píxel.

Capilaroscopia USB

Esta técnica utiliza un dispositivo de consumo de bajo costo disponible comercialmente. En este estudio utilizamos un XCSOURCE TE389 comprado a través de Amazon, aunque muchos dispositivos similares están disponibles desde tan solo $25. Contienen un sensor de cámara a color similar a los que se encuentran en las cámaras web comunes, y ópticas de plástico con controles de zoom/enfoque, lo que permite obtener imágenes de gran aumento. La resolución final de la imagen es de 2 2-6µm / pixel.

Análisis automatizado de imágenes

Utilizamos un método de superresolución para generar imágenes compuestas a partir de los datos de vídeo del microscopio USB. Para la comparación cuantitativa entre la videocapilaroscopia y la microscopía USB, nos centramos en el diámetro (ancho) capilar medio, que era la medida única que mejor discriminaba entre los sujetos con y sin ES en nuestro estudio anterior y la densidad capilar (la medida con la que los reumatólogos están más familiarizados). Para generar estos (y otros) parámetros, el software primero detecta cada fila capilar distal y estima la ubicación de su ápice. La anchura media de cada capilar se calcula a partir de estimaciones de la anchura en cada punto a lo largo de la trayectoria capilar hasta una distancia de 100 µm del ápice. Para cada imagen de uña, se calculó el ancho medio (la media de los anchos capilares individuales) y la densidad capilar (el número de ápices capilares por milímetro, medido de los capilares más izquierdos a los más derechos). Para cada participante, se promediaron las dos mediciones a nivel de uñas (es decir, el dedo anular derecho e izquierdo) para producir parámetros a nivel de participante.

Análisis estadístico

Nuestro análisis incluyó una combinación de métodos cualitativos (descriptivos) y cuantitativos. Para una comparación cuantitativa, se utilizó el área bajo la curva característica de operación del receptor (ROC AZ) para medir la separación entre el SSc y los grupos de control sanos utilizando las mediciones automatizadas de ancho medio y densidad capilar.

Resultados

Aplicación de software novedoso a las imágenes USB

Fig. 2 demuestra que se pueden generar imágenes de alta calidad desde el microscopio USB. Higo. 2a-c muestra tres fotogramas de vídeo de la misma sección de un pliegue de clavos, capturados con el microscopio USB. Aunque los capilares son visibles, no están lo suficientemente bien definidos para permitir la medición de la morfología y en algunos marcos están oscurecidos, por ejemplo, por el deslumbramiento en la Fig. 2c.Fig. 2d muestra una reconstrucción de superresolución ×4 de la misma región utilizando 15 fotogramas en total. Higo. 2e muestra la reconstrucción de toda la cama de clavos obtenida con el microscopio USB, y la Fig. 2f la reconstrucción de la misma cama de uñas mediante videocapilaroscopia. Los puntos verdes muestran capilares detectados por el software de análisis. Tomando la videocapilaroscopia como «estándar de oro», aunque los resultados USB no son perfectos (algunos ápices no se han marcado en la imagen USB), la mayoría de los ápices se han identificado, y a simple vista la calidad de la imagen (Fig. 2e) es muy bueno y permitiría fácilmente el análisis cualitativo que es la «piedra angular» actual del análisis capilaroscópico para la mayoría de los reumatólogos.

La comparación de pacientes con SSc y controles sanos

El ancho medio

El ancho medio medido automáticamente en imágenes de microscopio USB de controles sanos fue de 15,0 µm (95% CIs 12,5, 17,4) y en pacientes con SSc de 31,2 µm (IC del 95% 23,7, 38,6), con un área bajo la curva del operador receptor (ROC AZ) de 0,81 (error estándar 0,120). Con el sistema de videocapilaroscopia, el ancho medio en controles sanos fue de 12,1 µm (IC del 95%: 11,4, 12,9) y en pacientes con ES de 19,0 µm (IC del 95%: 16,1, 21,8), con un área bajo la curva del operador receptor (ROC AZ) de 0,81 (error estándar 0.095) (Fig. S1, disponible en Reumatología en línea).

Densidad capilar

La densidad media con microscopio USB en controles sanos fue de 4,68/mm (IC del 95%: 2,75, 6,61) y en pacientes con ES 3,78/mm (IC del 95%: 2,71, 4,68), con un área bajo la curva del operador receptor (ROC AZ) de 0,48 (error estándar: 0,16). Con el sistema de videocapilaroscopia, la densidad media de los controles sanos fue de 6,43 / mm (IC del 95%: 5,19, 7,67), y en los pacientes con ES de 3,99/mm (IC del 95%: 3,12, 4,87), con un área bajo la curva del operador receptor (ROC AZ) de 0,70 (error estándar: 0,10) (Suplemento Fig. S1, disponible en Reumatología en línea).

Discusión

Los hallazgos clave de nuestro estudio son que se pueden obtener imágenes de capilaroscopia de uña de alta calidad con capilaroscopia USB, y que (al menos para mediciones de ancho capilar) la capacidad de discriminar entre pacientes con ES y controles sanos es tan buena con capilaroscopia USB como con videocapilaroscopia. Por lo tanto, hay implicaciones tanto para los médicos como para los investigadores. Para los médicos, el mensaje es que vale la pena comprar un microscopio USB de bajo costo para la práctica clínica diaria para la evaluación de pacientes que presentan el fenómeno de Raynaud o con otros indicadores de un trastorno del espectro SSc. Para los investigadores, la capacidad de obtener imágenes de alta calidad para la evaluación cuantitativa (objetiva) a partir de sistemas de bajo costo abre la vista de los datos de capilaroscopia «grandes». Los estudios a gran escala que involucran a miles de pacientes atendidos en diferentes entornos clínicos ahora parecen alcanzables porque los médicos de centros de reumatología secundarios y terciarios de diferentes continentes podrían tener fácil acceso al equipo necesario (un microscopio USB). Se han sugerido hallazgos capilaroscópicos con uña como predictores y biomarcadores del proceso de la enfermedad de la ESc, y estudios prospectivos grandes podrían examinar predictores de progresión de la enfermedad y de respuesta al tratamiento con un grado de precisión que antes no era posible. El análisis automatizado de imágenes permite agrupar imágenes y datos de estudios a gran escala.

Las limitaciones de nuestro estudio incluyen su pequeño tamaño muestral: este fue en gran medida un estudio piloto para examinar la prueba de concepto y los estudios futuros deberían incluir un mayor número de pacientes, incluidos aquellos con ES difusa cutánea. Además, todavía tenemos que optimizar el software para la adquisición y el análisis de imágenes con el microscopio USB. El software fue «entrenado» en imágenes de videocapilaroscopia, y el aprendizaje no se transfiere perfectamente a imágenes que, aunque de buena calidad, tienen características ligeramente diferentes. Esto es más obvio para la detección de vasos, donde las mediciones cuantitativas de densidad de vasos y la comparación cualitativa (ver Fig. 2) indicar para las imágenes USB que el análisis automatizado omitió una proporción de vasos detectados en las imágenes de videocapilaroscopia. Sin embargo, cuando se detectaron capilares, se obtuvieron medidas clínicamente útiles de morfología capilar. En otros trabajos, las deficiencias en la detección capilar pueden subsanarse mediante: i) la adquisición de datos de vídeo en bruto con un aumento mayor (actualmente se dispone de microscopios USB de bajo costo con un aumento de 2 a 3 veces mayor); ii) el perfeccionamiento de la aplicación de la técnica de superresolución a las imágenes capilares; y iii) la aplicación de técnicas de aprendizaje por transferencia para perfeccionar el análisis automatizado a los datos específicos de los microscopios USB. Además, el diseño del estudio que comparaba dispositivos solo permitía examinar dos dedos por dispositivo. Cuando se utiliza un microscopio USB como único dispositivo en un examen de capilaroscopia, existe la posibilidad de analizar más dedos, lo que estudios anteriores sugieren que mejoraría la precisión del diagnóstico .

Nuestro estudio se centró en el análisis cuantitativo automatizado. También serían de interés los estudios que comparen los análisis cualitativos y semicuantitativos (por ejemplo, patrones de esclerodermia «temprana», «activa» y «tardía») entre la microscopía USB y la videocapilaroscopia.

Parece sorprendente que haya habido tan poca investigación sobre sistemas de capilaroscopia de bajo costo, a pesar del creciente interés en la capilaroscopia con clavos a nivel internacional. Una encuesta piloto reciente de 42 médicos estadounidenses con interés en el SSc encontró que solo el 7% usaba videocapilaroscopia en comparación con el 64% que usaba un dermatoscopio u oftalmoscopio, lo que sugiere que, al menos en los Estados Unidos, la preferencia de los especialistas en SSc es por sistemas portátiles de menor costo (no se mencionó la microscopía USB). Por el contrario , en una encuesta realizada a 88 reumatólogos adultos (principalmente europeos), 90.el 9% opinó que su conocimiento de la videocapilaroscopia era bueno o satisfactorio, mientras que menos del 40% opinó lo mismo con la microscopía USB. Por lo tanto, la práctica clínica, al menos en centros especializados, difiere actualmente de un país a otro.

No tenemos conocimiento de reportes previos comparando microscopía USB con videocapilaroscopia, aunque en 2012, Bhakuni et al. se destacó el potencial de la microscopía USB para examinar los capilares de las uñas en un estudio que incluyó a 42 pacientes con SSc y 42 sujetos de control. Como se dijo anteriormente, la dermoscopia se ha comparado con la videocapilaroscopia. La dermatoscopia (similar a la microscopía USB) es portátil y, por lo tanto, fácil de transportar, pero requiere una cámara conectada para capturar imágenes y es más cara (del orden de 1 1000 a 2 2000) que un microcopio USB. Un estudio reciente que comparó fotografías capilares con clavos tomadas con una «lente de teléfono inteligente» y con un «dermatoscopio de teléfono inteligente» con microscopía de campo amplio destacó el potencial de los dispositivos portátiles de bajo costo para su uso en la práctica clínica rutinaria.

En conclusión, nuestros hallazgos indican que la capilaroscopia USB es una técnica altamente prometedora y de bajo costo que bien podría ser el camino a seguir para maximizar el potencial de la capilaroscopia con clavos como herramienta de diagnóstico e investigación. Los próximos pasos son aumentar el conocimiento de la técnica entre los reumatólogos y refinar el análisis automatizado, no solo para mejorar la precisión del diagnóstico, sino para allanar el camino para la investigación de capilaroscopia a gran escala.

Agradecimientos

Agradecemos a Joanne Manning su apoyo técnico. Este trabajo fue apoyado por el Centro de Investigación Biomédica de Manchester del NIHR.

Financiación: Este trabajo fue apoyado por la beca MRC MC_PC_15038 ‘MRC Confidence in Concept 2015 – The University of Manchester’.

Declaración de divulgación: Los autores han declarado no tener conflictos de intereses.

Declaración de disponibilidad de datos

Los datos subyacentes a este artículo se compartirán, previa solicitud razonable, al autor correspondiente.

Datos suplementarios

Los datos suplementarios están disponibles en Rheumatology online.