az olcsó USB nailfold capillaroscopy és a videocapillaroscopy összehasonlítása: kísérleti tanulmány

absztrakt

Bevezetés

ma már jól felismerték, hogy a Raynaud-jelenséggel rendelkező betegben a kóros körömvirág kapillárisok vörös zászló és független kockázati tényező az SSc-hez való progresszióhoz . Ezt elismerik az ACR / EULAR 2013 osztályozási kritériumai az SSc-hez : az abnormális körömlakk kapillárisok az egyik kritérium. Ezért a Raynaud-jelenségben szenvedő betegek értékeléséért és/vagy az SSc-spektrum rendellenességek diagnosztizálásáért felelős reumatológusoknak hozzáférniük kell a nailfold capillaroscopy-hoz. Ellenkező esetben az SSc diagnózisa kimaradhat, így a betegek nem férhetnek hozzá a korai beavatkozáshoz a fájdalmas digitális fekélyek, a kritikus digitális ischaemia és a potenciálisan életveszélyes belső szervek érintettségének megelőzése érdekében. Jelenleg azonban a reumatológusok többsége nem építi be a körmös kapillaroszkópiát mindennapi klinikai gyakorlatukba, mert a kapillaroszkópiás rendszerek nem széles körben elérhetők, és az egyszer kapott képek nehezen értelmezhetők.

számos különböző technikát lehet használni a körömlakk kapillárisok megjelenítésére . Az arany standard technika a videokapillaroszkópia (és ez az, amellyel az SSC iránt érdeklődő európai reumatológusok a leginkább ismertek), de ez drága felszerelést igényel, és nem valószínű, hogy használata széles körben elterjedt az Általános reumatológusok körében. Olcsó kézi mikroszkópok is megjelenítheti a körömlakk kapillárisokat; például a dermoszkópia kedvezően hasonlít a körömlakk videokapillaroszkópiához .

Univerzális soros busz (USB) mikroszkópia—a számítógéphez vagy táblagéphez szabványos USB—kábelen keresztül csatlakoztatott digitális mikroszkóp segítségével nagyított videofelvételek rögzítésére-lehet A válasz arra, hogy minden reumatológusnak könnyen használható, olcsó, kézi eszközt biztosítson a körmös kapillárisok vizsgálatához. Mégis, az USB kapillaroszkópiával kapcsolatos tapasztalatok korlátozottak, korábbi tanulmányok nem hasonlították össze más kapillaroszkópiás rendszerekkel. A kísérleti tanulmány célja az volt, hogy megvizsgálja a képek USB mikroszkóppal történő megszerzésének és elemzésének megvalósíthatóságát, és összehasonlítsa a kapott eredményeket a videokapillaroszkópiás képekkel. A nailfold kapilláris képek sikeres rögzítése és kvantitatív elemzése USB mikroszkóp segítségével kvantitatív (objektív)nailfold kapilláris képalkotást hozhat az Általános reumatológiai klinika számára.

betegek és módszerek

betegek

húsz korlátozott cutan SSc-ben szenvedő beteget vontak be a vizsgálatba (17 nő, három férfi, medián életkor 63 év, tartomány 44-75, a Raynaud-jelenség medián időtartama 21 év, tartomány 4-42, a betegség medián időtartama az első nem Raynaud-megnyilvánulás kezdete óta 15 év, tartomány 3-37) és 20 egészséges kontroll, akik közül egyik sem Raynaud volt (15 nő, öt férfi, medián életkor 52 év, tartomány 25-60). Minden alany egy látogatáson vett részt, amikor a nailfold kapillaroszkópiát mind videokapillaroszkópiával, mind USB-vel végeztük mikroszkópia (lásd alább) egyetlen technikus által. Mindegyiküket arra kérték, hogy a tanulmányút előtt négy órán keresztül tartózkodjanak a dohányzástól és a koffeintartalmú italoktól. A tanulmányt a nyugat-skóciai kutatási etikai szolgálat jóváhagyta, és minden beteg tájékozott írásbeli hozzájárulást adott.

módszerek

minden alany 20 perces akklimatizációs perióduson esett át 23cc hőmérsékleten és páratartalommal szabályozott helyiségben. Nailfold capillaroscopy végeztünk a bal és a jobb gyűrűs ujjak segítségével (ábra. 1): (i) nagy pontosságú, egyedi gyártású, videokapillaroszkópiás rendszer, amelyet arany standardnak tekintünk; (ii) olcsó, kézi USB mikroszkóp. A képalkotó technikus nem volt elvakítva az alanyok betegségétől, de szigorúan szabványosított képalkotó protokollt követtek.

Videocapillaroscopy

az alkalmazott rendszert másutt részletesen leírták . Röviden, a nagy képkockasebességű (120 képkocka / másodperc) kamera és objektív rendszer egy szoftvervezérelt háromtengelyes motoros fokozatra van felszerelve, amely lehetővé teszi a videoszekvenciák gyors rögzítését a körömön. Ezekből videó szekvenciák, egyedi szoftver generál kiváló minőségű körömlakk kapilláris mozaikok (ábra. 1), majd teljesen automatizált méréseket végez a kapilláris szerkezetről és az áramlásról . A képfelbontás (képfelbontás): 1 db/pixel.

USB capillaroscopy

ez a technika kereskedelemben kapható, olcsó fogyasztói eszközt használ. Ebben a tanulmányban az Amazonon keresztül vásárolt XCSOURCE TE389-et használtuk, bár sok hasonló eszköz elérhető akár 25 dollárból is. Tartalmaznak egy színes kamera érzékelőt, amely hasonló a közös webkamerákhoz, valamint műanyag optikát zoom/fókusz vezérlőkkel, lehetővé téve a nagy nagyítású képalkotást. A végső képfelbontás 2-6 km/pixel.

automatikus képelemzés

szuperfelbontású módszert használtunk összetett képek előállításához az USB mikroszkóp videó adataiból. A videokapillaroszkópia és az USB mikroszkópia kvantitatív összehasonlításához az átlagos kapilláris átmérőre (szélességre) összpontosítottunk, amely volt az egyetlen intézkedés, amely a legjobban megkülönböztette az SSC-vel rendelkező és anélkül szenvedő alanyokat a korábbi vizsgálatunkban kapilláris sűrűség (az az intézkedés, amellyel a reumatológusok a legismertebb). Ezen (és más) paraméterek létrehozásához a szoftver először felismeri az egyes disztális sorkapillárisokat, és megbecsüli a csúcsának helyét. Az egyes kapillárisok átlagos szélességét a kapillárisút minden pontján a szélesség becsléseiből számítják ki a csúcstól számított 100 6m távolságig. Minden egyes szöges kép esetében kiszámítottuk az átlagos szélességet (az egyes kapilláris szélességek átlagát) és a kapilláris sűrűséget (a kapilláris csúcsok száma milliméterenként, a bal-jobb-kapillárisoktól mérve). Minden résztvevő esetében mind a körmös szintű méréseket (azaz a jobb és a bal gyűrűsujjat) átlagoltuk a résztvevő szintű paraméterek előállításához.

statisztikai elemzés

elemzésünk kvalitatív (leíró) és kvantitatív módszerek kombinációját foglalta magában. Kvantitatív összehasonlításhoz a vevő működési jellemző görbéje (ROC az) alatti területet használták az SSC és az egészséges kontrollcsoportok közötti elválasztás mérésére az átlagos szélesség és a kapilláris sűrűség automatizált mérésével.

eredmények

új szoftver alkalmazása az USB-képekhez

ábra. A 2. ábra azt mutatja, hogy az USB mikroszkóp segítségével kiváló minőségű képek készíthetők. Fig. A 2A-c három képkockát mutat be a körömreszelő ugyanazon szakaszából, amelyet az USB mikroszkóp segítségével rögzítettek. Bár a kapillárisok láthatók, nincsenek elég jól meghatározva ahhoz, hogy lehetővé tegyék a morfológia mérését, egyes képkockákban pedig eltakarják őket, például az ábrán látható tükröződéssel. 2C.ábra. A 2d ugyanannak a régiónak a kb 4 szuperfelbontású rekonstrukcióját mutatja, összesen 15 képkocka felhasználásával. Fig. A 2E ábra az USB mikroszkóp segítségével kapott teljes körömágy rekonstrukcióját mutatja, valamint a Fig. 2f ugyanazon körömágy rekonstrukciója videokapillaroszkópiával. A zöld pontok az elemző szoftver által észlelt kapillárisokat mutatják. Figyelembe videocapillaroscopy ‘arany standard’, bár az USB eredmények nem tökéletes (néhány csúcsok nem jelölték az USB kép), a legtöbb csúcsok azonosították, és szabad szemmel a képminőség (ábra. 2e) nagyon jó, és könnyen lehetővé tenné a kvalitatív elemzést, amely a kapillaroszkópos elemzés jelenlegi sarokköve a legtöbb reumatológus számára.

az SSc-ben szenvedő betegek és az egészséges kontrollok összehasonlítása

átlagos szélesség

az egészséges kontrollok USB-mikroszkópképein automatikusan mért átlagos szélesség 15,0 (95% CIs 12,5; 17,4), az SSc-ben szenvedő betegeknél pedig 31,2 (95% CI 23,7; 38,6) volt, a vevőkezelő görbe alatti terület (ROC az) 0,81 (standard hiba 0,120). A videocapillaroscopy rendszerrel az átlagos szélesség egészséges kontrollokban 12,1 (95% – os CI 11,4, 12,9), SSC-ben szenvedő betegeknél pedig 19,0 (95% – os CI 16,1, 21,8) volt, a vevő operátor görbe alatti terület (ROC az) 0,81 (standard hiba 0.095) (Kiegészítő Ábra. S1, elérhető a reumatológia online oldalon).

kapilláris sűrűség

átlagos sűrűség USB mikroszkóppal egészséges kontrollokban 4,68/mm (95% – os CI 2,75, 6,61), SSC-ben szenvedő betegeknél 3,78/mm (95% – os CI 2,71, 4,68) volt, a vevő operátor görbe alatti terület (ROC az) 0,48 (standard hiba 0,16). A videocapillaroscopy rendszerrel az átlagos sűrűség egészséges kontrollok 6,43/mm (95% – os CI 5,19, 7,67), és az SSc-ben szenvedő betegeknél 3,99/mm (95% – os CI 3,12, 4,87), a vevő operátor görbe alatti területtel (ROC az) 0,70 (standard hiba 0,10) (kiegészítő ábra. S1, elérhető a reumatológia online oldalon).

megbeszélés

Vizsgálatunk legfontosabb megállapításai az, hogy kiváló minőségű nailfold capillaroscopy képeket lehet beszerezni USB capillaroscopy segítségével, és hogy (legalábbis kapilláris szélességmérés esetén) az SSC-ben szenvedő betegek és az egészséges kontrollok megkülönböztetésének képessége ugyanolyan jó az USB capillaroscopy használatával, mint a videocapillaroscopy esetén. Így vannak következmények mind a klinikusok, mind a kutatók számára. A klinikusok számára az az üzenet, hogy érdemes olcsó USB mikroszkópot vásárolni a mindennapi klinikai gyakorlathoz a Raynaud-jelenséggel vagy az SSc-spektrum rendellenességére utaló egyéb mutatókkal rendelkező betegek értékelésére. A kutatók számára az a képesség, hogy alacsony költségű rendszerekből kiváló minőségű képeket szerezzenek kvantitatív (objektív) értékeléshez, megnyitja a ‘nagy’ kapillaroszkópia adatait. A különböző klinikai körülmények között látott betegek ezreinek bevonásával végzett nagyszabású vizsgálatok ma már megvalósíthatónak tűnnek, mivel a különböző kontinenseken mind a másodlagos, mind a harmadlagos reumatológiai központok klinikusai könnyen hozzáférhetnek a szükséges berendezésekhez (USB mikroszkóp). A Nailfold capillaroscopic leleteket mind az SSC betegség folyamatának előrejelzőjeként, mind biomarkereként javasolták, és a nagy prospektív vizsgálatok olyan pontossággal vizsgálhatják a betegség progressziójának és a kezelési válasz előrejelzőit, amely korábban nem volt lehetséges. Az automatizált képelemzés lehetővé teszi a nagyméretű tanulmányokból származó képek és adatok összevonását.

Vizsgálatunk korlátai közé tartozik a kis mintaméret: ez nagyon kísérleti tanulmány volt a koncepció igazolásának vizsgálatára, a jövőbeni vizsgálatoknak pedig nagyobb betegszámot kell tartalmazniuk, beleértve a diffúz bőr SSc-vel rendelkezőket is. Továbbá, még nem optimalizáltuk a szoftvert az USB mikroszkóp segítségével történő képfelvételhez és elemzéshez. A szoftvert videokapillaroszkópiás képekre képezték ki, és a tanulás nem megy át tökéletesen olyan képekre, amelyek bár jó minőségűek, kissé eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek. Ez a legnyilvánvalóbb az edénydetektálásnál, ahol a mennyiségi edénysűrűség mérése és a minőségi összehasonlítás (Lásd az ábrát. 2) jelölje meg az USB képek esetében az automatizált elemzés elmulasztotta a videocapillaroscopy képeken észlelt erek egy részét. Azonban, ahol kapillárisokat észleltek, klinikailag hasznos kapilláris morfológiai méréseket kaptunk. A további munkák során a kapilláris detektálás hiányosságait a következőkkel lehet orvosolni: (i) nyers videoadatok beszerzése nagyobb nagyítással (hasonlóan olcsó, 2-3-szor nagyobb nagyítású USB mikroszkópok állnak rendelkezésre); (ii) a szuperfelbontású technika alkalmazásának finomítása kapilláris képeken; és (iii) transzfer tanulási technikák alkalmazása az automatizált elemzés finomítására az USB mikroszkópos adatok sajátosságaira. Ezenkívül az eszközöket összehasonlító vizsgálati terv eszközönként csak két ujj vizsgálatát tette lehetővé. Ahol USB mikroszkópot használnak egyedüli eszközként a kapillaroszkópiás vizsgálat során, lehetőség van további ujjak elemzésére, amelyek a korábbi tanulmányok szerint javítanák a diagnosztikai pontosságot .

tanulmányunk automatizált, kvantitatív elemzésre összpontosított. Az USB mikroszkópia és a videokapillaroszkópia között A kvalitatív és fél-kvantitatív analíziseket (pl. korai, aktív és késői szkleroderma minták ) összehasonlító vizsgálatok is érdekesek lennének.

meglepőnek tűnik, hogy olyan kevés kutatást végeztek az alacsony költségű kapillaroszkópiás rendszerekről, annak ellenére, hogy nemzetközi szinten növekszik az érdeklődés a körömlakk kapillaroszkópia iránt. Az SSC iránt érdeklődő 42 amerikai klinikus nemrégiben végzett kísérleti felmérése azt találta, hogy csak 7% használt videokapillaroszkópiát, szemben a dermatoszkópot vagy optalmoszkópot használó 64%-kal, ami arra utal, hogy legalább az Egyesült Államokban az SSC szakemberek előnyben részesítik az alacsonyabb költségű kézi rendszereket (USB mikroszkópot nem említettek). Ezzel szemben 88 (főleg európai) felnőtt reumatológus felmérésében 90.9% úgy érezte, hogy a videokapillaroszkópiával kapcsolatos ismereteik jók vagy kielégítőek, míg kevesebb mint 40% érezte hasonlóan az USB mikroszkópiát. Ezért a klinikai gyakorlat-legalábbis a szakközpontokban-jelenleg országonként eltérő.

nem tudunk korábbi jelentésekről, amelyek összehasonlították az USB mikroszkópiát a videokapillaroszkópiával, bár 2012-ben Bhakuni et al. kiemelte az USB mikroszkópia lehetőségét a körömvirág kapillárisok vizsgálatára egy vizsgálatban, amelyben 42 SSC-ben szenvedő beteg és 42 kontroll alany vett részt. Mint korábban említettük, a dermoszkópiát összehasonlítottuk a videokapillaroszkópiával. A dermoszkópia (hasonlóan az USB mikroszkópiához) kézi, ezért könnyen hordozható, de a kép rögzítéséhez csatolt kamera szükséges, és drágább (1000-2000 dollár nagyságrendű), mint egy USB mikrokóp. Egy nemrégiben készült tanulmány, amely egy okostelefon lencsével és egy okostelefon dermatoszkóppal készített kapilláris fényképeket hasonlított össze a széles körű mikroszkóppal, rávilágított az alacsony költségű, hordozható eszközök lehetőségére a rutin klinikai gyakorlatban.

következtetéseink azt mutatják, hogy az USB capillaroscopy egy nagyon ígéretes, alacsony költségű technika, amely a nailfold capillaroscopy mint diagnosztikai és kutatási eszköz potenciáljának maximalizálásához vezethet. A következő lépések a technika tudatosítása a reumatológusok körében, valamint az automatizált elemzés finomítása nemcsak a diagnosztikai pontosság javítása érdekében, hanem a nagyszabású kapillaroszkópiás kutatások előkészítéséhez.

Köszönetnyilvánítás

hálásak vagyunk Joanne Manningnek a technikai támogatásért. Ezt a munkát a NIHR Manchester Orvosbiológiai Kutatóközpont támogatta.

finanszírozás: ezt a munkát az MRC grant MC_PC_15038 ‘MRC bizalom a koncepcióban 2015 – a Manchesteri Egyetem’támogatta.

közzétételi nyilatkozat: A szerzők nem nyilatkoztak összeférhetetlenségről.

adatok rendelkezésre állási nyilatkozata

a cikk alapjául szolgáló adatokat ésszerű kérésre megosztjuk a megfelelő szerzővel.

kiegészítő adatok

kiegészítő adatok a Rheumatology online oldalon találhatók.