Comparaison entre la capillaroscopie à pince USB à faible coût et la vidéocapillaroscopie: une étude pilote

Résumé

Introduction

Il est maintenant bien reconnu que chez le patient présentant le phénomène de Raynaud, des capillaires anormaux à pli de l’ongle sont un « drapeau rouge » et un facteur de risque indépendant de progression vers la SSc. Ceci est reconnu dans les critères de classification ACR / EULAR 2013 pour la SSc: les capillaires à pli d’ongle anormaux sont l’un des critères. Il incombe donc à tous les rhumatologues chargés d’évaluer les patients atteints du phénomène de Raynaud et/ou de diagnostiquer les troubles du spectre de la SSc d’avoir accès à la capillaroscopie nailfold. Sinon, un diagnostic de SSc pourrait être omis, privant ainsi les patients d’accès à une intervention précoce pour prévenir le développement d’ulcères numériques douloureux, d’ischémie numérique critique et d’une atteinte d’organes internes potentiellement mortelle. Cependant, à l’heure actuelle, la majorité des rhumatologues n’intègrent pas la capillaroscopie à ongles dans leur pratique clinique quotidienne, car les systèmes de capillaroscopie ne sont pas largement disponibles et les images une fois obtenues peuvent être difficiles à interpréter.

Plusieurs techniques différentes peuvent être utilisées pour visualiser les capillaires des ongles. La technique de référence est la vidéocapillaroscopie (et c’est celle avec laquelle les rhumatologues européens s’intéressant à la SSc sont les plus familiers), mais cela nécessite un équipement coûteux et il est peu probable que son utilisation se généralise chez les rhumatologues généraux. Les microscopes portatifs à faible coût peuvent également visualiser les capillaires nailfold; par exemple, la dermoscopie se compare favorablement à la vidéocapillaroscopie nailfold.

La microscopie à bus série universel (USB) – à l’aide d’un microscope numérique connecté à un ordinateur ou à une tablette via un câble USB standard pour enregistrer des images vidéo agrandies — pourrait être la solution pour fournir à tous les rhumatologues un outil portatif facile à utiliser et peu coûteux pour examiner les capillaires à pli d’ongle. Pourtant, l’expérience avec la capillaroscopie USB est limitée, aucune étude antérieure ne la comparant à d’autres systèmes de capillaroscopie. L’objectif de cette étude pilote était d’examiner la faisabilité de l’acquisition et de l’analyse d’images à l’aide du microscope USB et de comparer les résultats obtenus à ceux des images de vidéocapillaroscopie. La capture et l’analyse quantitative réussies d’images capillaires à pli d’ONGLE à partir d’un microscope USB pourraient mettre l’imagerie capillaire à pli d’ongle quantitative (objective) à la portée de la clinique de rhumatologie générale.

Patients et méthodes

Patients

Vingt patients présentant une SSc cutanée limitée ont été recrutés dans l’étude (17 femmes, trois hommes, âge médian 63 ans, intervalle 44-75, durée médiane du phénomène de Raynaud 21 ans, intervalle 4-42, durée médiane de la maladie depuis le début de la première manifestation non de Raynaud 15 ans, intervalle 3-37) et 20 témoins sains, dont aucun avait celui de Raynaud (15 femmes, cinq hommes, âge médian de 52 ans, plage de 25 à 60 ans). Tous les sujets ont assisté à une visite lors d’une capillaroscopie à pli nailfold réalisée à la fois par vidéocapillaroscopie et par microscopie USB (voir ci-dessous) par un seul technicien. Tous ont été invités à s’abstenir de fumer et de boire des boissons contenant de la caféine pendant quatre heures avant la visite d’étude. L’étude a été approuvée par le Service d’éthique de la recherche de l’Ouest de l’Écosse et tous les patients ont donné leur consentement écrit éclairé.

Méthodes

Tous les sujets ont subi une période d’acclimatation de 20 min à 23°C dans une pièce à température et humidité contrôlées. La capillaroscopie à pli Nailfold a été réalisée sur les annulaires gauche et droite, en utilisant (Fig. 1): (i) système de vidéocapillaroscopie de haute précision, construit sur mesure, considéré comme l' »étalon-or »; (ii) un microscope USB portatif à faible coût. Le technicien en imagerie n’a pas été aveuglé par l’état de la maladie des sujets, mais un protocole d’imagerie strictement standardisé a été suivi.

Vidéocapillaroscopie

Le système utilisé a été décrit en détail ailleurs. En bref, un système de caméra et d’objectif à fréquence d’images élevée (120 images par seconde) est monté sur un étage motorisé à trois axes contrôlé par logiciel, permettant une capture rapide des séquences vidéo à travers le pli d’ongle. À partir de ces séquences vidéo, un logiciel personnalisé génère des mosaïques capillaires à pli d’ongle de haute qualité (Fig. 1) et effectue ensuite des mesures entièrement automatisées de la structure capillaire et du débit. La résolution de l’image est de ∼1 µm / pixel.

Capillaroscopie USB

Cette technique utilise un appareil grand public à faible coût disponible dans le commerce. Dans cette étude, nous avons utilisé un XCSOURCE TE389 acheté via Amazon, bien que de nombreux appareils similaires soient disponibles à partir d’aussi peu que 25 $. Ils contiennent un capteur de caméra couleur similaire à ceux des webcams courantes et des optiques en plastique avec commandes de zoom / mise au point, permettant une imagerie à fort grossissement. La résolution finale de l’image est de ∼2–6µm / pixel.

Analyse d’image automatisée

Nous avons utilisé une méthode de super-résolution pour générer des images composites à partir des données vidéo du microscope USB. Pour la comparaison quantitative entre la vidéocapillaroscopie et la microscopie USB, nous nous sommes concentrés sur le diamètre capillaire moyen (largeur) qui était la mesure unique qui distinguait le mieux les sujets avec et sans SSc dans notre étude précédente et la densité capillaire (la mesure avec laquelle les rhumatologues sont les plus familiers). Pour générer ces paramètres (et d’autres), le logiciel détecte d’abord chaque capillaire de rangée distale et estime l’emplacement de son sommet. La largeur moyenne de chaque capillaire est calculée à partir d’estimations de la largeur en chaque point du trajet capillaire jusqu’à une distance de 100 µm du sommet. Pour chaque image de pli d’ongle, la largeur moyenne a été calculée (la moyenne des largeurs capillaires individuelles) et la densité capillaire (le nombre de sommets capillaires par millimètre, mesuré des capillaires les plus à gauche vers les capillaires les plus à droite). Pour chaque participant, les deux mesures au niveau de l’ongle (c.-à-d. l’annulaire droit et l’annulaire gauche) ont été moyennées pour produire des paramètres au niveau du participant.

Analyse statistique

Notre analyse a impliqué une combinaison de méthodes qualitatives (descriptives) et quantitatives. Pour une comparaison quantitative, l’aire sous la courbe caractéristique de fonctionnement du récepteur (ROC AZ) a été utilisée pour mesurer la séparation entre le SSc et les groupes témoins sains à l’aide des mesures automatisées de la largeur moyenne et de la densité capillaire.

Résultats

Application d’un nouveau logiciel aux images USB

Fig. 2 démontre que des images de haute qualité peuvent être générées à partir du microscope USB. Figue. 2a-c montre trois images vidéo de la même section d’un pli d’ongle, capturées à l’aide du microscope USB. Bien que les capillaires soient visibles, ils ne sont pas suffisamment bien définis pour permettre la mesure de la morphologie et dans certains cadres, ils sont obscurcis, par example par éblouissement sur la Fig. 2c. Fig. 2d montre une reconstruction en super-résolution ×4 de la même région en utilisant 15 images au total. Figue. 2e montre la reconstruction de l’ensemble du lit de clous obtenue à l’aide du microscope USB, et Fig. 2f la reconstruction du même lit d’ongle à l’aide de la vidéocapillaroscopie. Les points verts montrent les capillaires détectés par le logiciel d’analyse. En prenant la vidéocapillaroscopie comme « étalon-or », bien que les résultats USB ne soient pas parfaits (certains sommets n’ont pas été marqués sur l’image USB), la majorité des sommets ont été identifiés et, à l’œil nu, la qualité de l’image (Fig. 2e) est très bon et permettrait facilement l’analyse qualitative qui est la « pierre angulaire » actuelle de l’analyse capillaroscopique pour la plupart des rhumatologues.

La comparaison des patients présentant une SSc et des témoins sains

Largeur moyenne

La largeur moyenne mesurée automatiquement dans des images de microscope USB provenant de témoins sains était de 15,0 µm (SIC à 95% 12,5, 17,4) et chez les patients présentant une SSc de 31,2 µm (IC à 95% 23,7, 38,6), avec une aire sous la courbe de l’opérateur récepteur (ROC AZ) de 0,81 (erreur type 0,120). Avec le système de vidéocapillaroscopie, la largeur moyenne chez les témoins sains était de 12,1 µm (IC à 95% 11,4, 12,9) et chez les patients atteints de SSc de 19,0 µm (IC à 95% 16,1, 21,8), avec une aire sous la courbe de l’opérateur récepteur (ROC AZ) de 0,81 (erreur type 0.095) (Fig. S1, disponible sur Rhumatologie en ligne).

Densité capillaire

La densité moyenne à l’aide du microscope USB chez les témoins sains était de 4,68 / mm (IC à 95% 2,75, 6,61) et chez les patients atteints de SSc de 3,78 / mm (IC à 95% 2,71, 4,68), avec une aire sous la courbe opérateur du récepteur (ROC AZ) de 0,48 (erreur type 0,16). Avec le système de vidéocapillaroscopie, la densité moyenne des témoins sains était de 6,43 / mm (IC à 95% 5,19, 7,67), et chez les patients atteints de SSc de 3,99 / mm (IC à 95% 3,12, 4,87), avec une aire sous la courbe opérateur du récepteur (ROC AZ) de 0,70 (erreur type 0,10) (Fig. S1, disponible sur Rhumatologie en ligne).

Discussion

Les principaux résultats de notre étude sont que des images de capillaroscopie à pli d’ongle de haute qualité peuvent être obtenues à l’aide de la capillaroscopie USB et que (du moins pour les mesures de la largeur des capillaires) la capacité de discriminer entre les patients atteints de SSc et les témoins sains est aussi bonne à l’aide de la capillaroscopie USB qu’avec la vidéocapillaroscopie. Il y a donc des implications pour les cliniciens et les chercheurs. Pour les cliniciens, le message est qu’il vaut la peine d’acheter un microscope USB à faible coût pour la pratique clinique quotidienne pour l’évaluation des patients présentant le phénomène de Raynaud ou avec d’autres indications sur un trouble du spectre de la SSc. Pour les chercheurs, la possibilité d’obtenir des images de haute qualité pour une évaluation quantitative (objective) à partir de systèmes à faible coût ouvre la voie à de « grandes » données de capillaroscopie. Des études à grande échelle impliquant des milliers de patients vus dans différents contextes cliniques semblent maintenant réalisables car les cliniciens des centres de rhumatologie secondaire et tertiaire de différents continents pourraient tous avoir facilement accès à l’équipement nécessaire (un microscope USB). Les résultats par capillaroscopie à pli Nailfold ont été suggérés à la fois comme prédicteurs et biomarqueurs du processus de la maladie de SSc, et de grandes études prospectives pourraient examiner les prédicteurs de la progression de la maladie et de la réponse au traitement avec un degré de précision qui n’était pas possible auparavant. L’analyse automatisée des images permet de regrouper des images et des données issues d’études à grande échelle.

Les limites de notre étude incluent sa petite taille d’échantillon: il s’agissait en fait d’une étude pilote visant à examiner la preuve de concept et les études futures devraient inclure un plus grand nombre de patients, y compris ceux atteints de SSc cutanée diffuse. De plus, nous n’avons pas encore optimisé le logiciel pour l’acquisition et l’analyse d’images à l’aide du microscope USB. Le logiciel a été « formé » sur des images de vidéocapillaroscopie, et l’apprentissage ne se transfère pas parfaitement sur des images qui, bien que de bonne qualité, présentent des caractéristiques légèrement différentes. Ceci est le plus évident pour la détection des vaisseaux, où les mesures quantitatives de la densité des vaisseaux et la comparaison qualitative (voir Fig. 2) indiquez pour les images USB que l’analyse automatisée a manqué une proportion de vaisseaux détectés dans les images de vidéocapillaroscopie. Cependant, lorsque des capillaires ont été détectés, des mesures cliniquement utiles de la morphologie capillaire ont été obtenues. Dans d’autres travaux, les lacunes de la détection capillaire peuvent être corrigées en: (i) acquérant des données vidéo brutes à un grossissement plus élevé (des microscopes USB de même faible coût avec un grossissement 2 à 3 fois plus élevé sont maintenant disponibles); (ii) affinant l’application de la technique de super-résolution aux images capillaires; et (iii) appliquant des techniques d’apprentissage par transfert pour affiner l’analyse automatisée aux spécificités des données de microscopie USB. De plus, la conception de l’étude comparant les appareils ne permettait que d’examiner deux doigts par appareil. Lorsqu’un microscope USB est utilisé comme seul appareil lors d’un examen par capillaroscopie, il est possible d’analyser davantage de doigts, ce qui, selon des études antérieures, améliorerait la précision du diagnostic.

Notre étude portait sur une analyse quantitative automatisée. Des études comparant des analyses qualitatives et semi-quantitatives (par exemple, des modèles de sclérodermie « précoce », « active » et « tardive ») entre la microscopie USB et la vidéocapillaroscopie seraient également intéressantes.

Il semble surprenant qu’il y ait eu si peu de recherches sur les systèmes de capillaroscopie à faible coût, malgré l’intérêt croissant pour la capillaroscopie à ongles à l’échelle internationale. Un récent sondage pilote mené auprès de 42 cliniciens américains s’intéressant à la SSc a révélé que seulement 7% utilisaient la vidéocapillaroscopie contre 64% qui utilisaient un dermatoscope ou un ophtalmoscope, ce qui suggère qu’au moins aux États-Unis, la préférence des spécialistes de la SSc est pour les systèmes portatifs à moindre coût (la microscopie USB n’a pas été mentionnée). Inversement, dans une enquête menée auprès de 88 rhumatologues adultes (principalement européens), 90.9% estimaient que leurs connaissances en vidéocapillaroscopie étaient bonnes ou satisfaisantes, alors que moins de 40% estimaient de même pour la microscopie USB. Par conséquent, la pratique clinique, du moins dans les centres spécialisés, diffère actuellement d’un pays à l’autre.

Nous ne connaissons pas de rapports antérieurs comparant la microscopie USB à la vidéocapillaroscopie, bien qu’en 2012, Bhakuni et al. a mis en évidence le potentiel de la microscopie USB pour examiner les capillaires des ongles dans une étude comprenant 42 patients atteints de SSc et 42 sujets témoins. Comme indiqué précédemment, la dermoscopie a été comparée à la vidéocapillaroscopie. La dermoscopie (similaire à la microscopie USB) est portative et donc facilement portable, mais nécessite une caméra attachée pour la capture d’image et coûte plus cher (de l’ordre de 1000 $ à 2000$) qu’un microcope USB. Une étude récente comparant des photographies capillaires à pli d’ongle prises avec une « lentille de smartphone » et avec un « dermatoscope de smartphone » à une microscopie à large champ a mis en évidence le potentiel d’appareils portables à faible coût pour une utilisation en pratique clinique de routine.

En conclusion, nos résultats indiquent que la capillaroscopie USB est une technique très prometteuse et peu coûteuse qui pourrait bien être la voie à suivre pour maximiser le potentiel de la capillaroscopie à ongles en tant qu’outil de diagnostic et de recherche. Les prochaines étapes consistent à sensibiliser les rhumatologues à la technique et à affiner l’analyse automatisée non seulement pour améliorer la précision du diagnostic, mais aussi pour ouvrir la voie à la recherche par capillaroscopie à grande échelle.

Remerciements

Nous sommes reconnaissants à Joanne Manning pour son soutien technique. Ce travail a été soutenu par le Centre de recherche biomédicale NIHR de Manchester.

Financement: Ce travail a été soutenu par la subvention MC_PC_15038 de la MRC « Confiance dans le concept 2015 – L’Université de Manchester ».

Déclaration de divulgation: Les auteurs n’ont déclaré aucun conflit d’intérêts.

Déclaration de disponibilité des données

Les données sous-jacentes à cet article seront partagées sur demande raisonnable à l’auteur correspondant.

Données supplémentaires

Des données supplémentaires sont disponibles sur Rhumatologie en ligne.