Sammenligning mellom lavpris USB nailfold capillaroscopy og videocapillaroscopy: a pilot study

Abstract

Innledning

det er nå velkjent at unormale nailfold kapillærer er et rødt flagg og uavhengig risikofaktor for progresjon Til SSc hos Pasienter med Raynauds fenomen . DETTE er anerkjent I ACR / EULAR 2013 klassifiseringskriterier For SSc: unormale nailfold kapillærer er et av kriteriene. Det krever derfor at alle reumatologer som er ansvarlige for å vurdere pasienter med Raynauds fenomen og/eller diagnostisere SSc-spektrumforstyrrelser, har tilgang til nailfold kapillaroskopi. Ellers kan En Diagnose Av SSc bli savnet, og dermed nekte pasienter tilgang til tidlig intervensjon for å forhindre utvikling av smertefulle digitale sår, kritisk digital iskemi og potensielt livstruende indre organ involvering. Men i dag de fleste revmatologer ikke innlemme nailfold capillaroscopy i deres daglige klinisk praksis, fordi capillaroscopy systemer er ikke allment tilgjengelig, og bildene en gang innhentet kan være vanskelig å tolke.

Flere forskjellige teknikker kan brukes til å visualisere nailfold kapillærene . Gullstandardteknikken er videokapillaroskopi (og er den Som Europeiske reumatologer med interesse For SSc er mest kjent Med ), Men dette krever dyrt utstyr, og det er usannsynlig at bruken vil bli utbredt blant generelle reumatologer. Billige håndholdte mikroskoper kan også visualisere nailfold kapillærer; for eksempel, dermoscopy sammenligner gunstig til nailfold videocapillaroscopy .

Universal serial bus (USB) mikroskopi-ved hjelp av et digitalt mikroskop koblet til en datamaskin eller nettbrett via en standard USB-kabel for å ta opp forstørrede videobilder-kan være svaret på å gi alle reumatologer et brukervennlig, billig, håndholdt verktøy for å undersøke nailfold-kapillærene. Likevel er erfaring MED USB capillaroscopy begrenset, uten tidligere studier som sammenligner det med andre capillaroscopy systemer. Målet med denne pilotstudien var å undersøke muligheten for å anskaffe og analysere bilder ved HJELP AV USB-mikroskopet og å sammenligne resultater oppnådd med de fra videokapillaroskopibilder. Vellykket fangst og kvantitativ analyse av nailfold kapillærbilder fra ET USB-mikroskop kan bringe kvantitativ (objektiv) nailfold kapillær avbildning innen rekkevidde av general rheumatology clinic.

Pasienter og metoder

Pasienter

Tjue pasienter med begrenset Kutan SSc ble rekruttert inn i studien (17 kvinner, tre menn, median alder 63 år, område 44-75, median varighet Av Raynauds fenomen 21 år, område 4-42, median sykdomsvarighet siden utbruddet av første ikke-Raynauds manifestasjon 15 år, område 3-37) og 20 friske kontroller, ingen av dem hadde raynauds (15 kvinner, fem Menn, median alder 52 år, rekkevidde 25-60). Alle fagene deltok for ett besøk når nailfold capillaroscopy ble utført ved hjelp av både videokapillaroscopy og USB mikroskopi (se nedenfor) av en enkelt tekniker. Alle ble bedt om å avstå fra røyking og fra koffeinholdige drikker i fire timer før studiebesøket. Studien ble godkjent Av West Of Scotland Research Ethics Service og alle pasienter ga informert skriftlig samtykke.

Metoder

alle fagene gjennomgikk en 20 min periode med akklimatisering ved 23°C i et temperatur-Og fuktighetskontrollert rom. Nailfold capillaroscopy ble utført av venstre og høyre ringfinger, ved hjelp Av (Fig. 1): (i) høy presisjon, spesialbygd, videocapillaroscopy system, tatt som ‘gullstandard’; (ii) en lav pris, håndholdt USB mikroskop. Bildeteknikeren var ikke blindet for fagets sykdomsstatus, men en strengt standardisert bildeprotokoll ble fulgt.

Videocapillaroscopy

systemet som brukes har blitt beskrevet i detalj andre steder . Kort sagt, et kamera med høy bildefrekvens (120 bilder per sekund) og linsesystem er montert på et programvarestyrt treakset motorisert stadium, noe som gir rask opptak av videosekvenser over spikerfoldet. Fra disse videosekvensene genererer tilpasset programvare høykvalitets nailfold kapillærmosaikker (Fig. 1) og deretter gjør helautomatiske målinger av kapillær struktur og flyt . Bildeoppløsningen er ∼1@m / pixel.

USB capillaroscopy

denne teknikken bruker en kommersielt tilgjengelig, rimelig forbruker enhet. I denne studien brukte VI EN XCSOURCE TE389 kjøpt Via Amazon, selv om mange lignende enheter er tilgjengelige fra så lite som $25. De inneholder en fargekamerasensor som ligner de som finnes i vanlige webkameraer, og plastoptikk med zoom / fokuskontroller, noe som tillater høy forstørrelse avbildning. Endelig bildeoppløsning er ∼2–6@m/pixel.

Automatisert bildeanalyse

vi brukte en superoppløsningsmetode for å generere komposittbilder fra USB-mikroskopets videodata. For kvantitativ sammenligning mellom videokapillaroskopi og USB-mikroskopi fokuserte vi på gjennomsnittlig kapillærdiameter (bredde) som var det eneste tiltaket som best diskriminerte mellom fag med og uten SSc i vår tidligere studie og kapillær tetthet (tiltaket som reumatologer er mest kjent med). For å generere disse (og andre) parametere, programvaren først oppdager hver distal rad kapillær og anslår plasseringen av sin apex. Den gjennomsnittlige bredden på hver kapillær beregnes ut fra estimater av bredden på hvert punkt langs kapillærbanen opp til en avstand på 100 µ fra toppunktet. For hvert nailfold-bilde ble gjennomsnittsbredden beregnet (gjennomsnittet av de enkelte kapillærbreddene) og kapillærtettheten (antall kapillære apices per millimeter, målt fra venstre-mest til høyre-mest kapillærer). For hver deltaker ble begge nailfold-nivåmålinger (dvs. høyre og venstre ringfinger) i gjennomsnitt for å produsere deltakernivåparametere.

Statistisk analyse

vår analyse involverte en kombinasjon av kvalitative (beskrivende) og kvantitative metoder. For en kvantitativ sammenligning ble området under receiver operating characteristic curve (ROC AZ) brukt til å måle separasjon mellom SSc og sunne kontrollgrupper ved hjelp av automatiserte målinger av gjennomsnittlig bredde og kapillær tetthet.

Resultater

Anvendelse av ny programvare TIL USB-bildene

Fig. 2 viser at bilder av høy kvalitet kan genereres FRA USB-mikroskopet. Fig. 2a-c viser tre videorammer av samme del av en spikerfold, fanget ved HJELP AV USB-mikroskopet. Selv om kapillærene er synlige, er de ikke tilstrekkelig godt definert for å tillate måling av morfologi, og i noen rammer er de skjult, for eksempel ved blending I Fig. 2c.Fig. 2d viser en ×4 superoppløsning rekonstruksjon av samme region med totalt 15 rammer. Fig. 2e viser rekonstruksjon av hele nailbed oppnådd VED HJELP AV USB mikroskop, Og Fig. 2f rekonstruksjon av samme nailbed ved hjelp av videocapillaroscopy. Grønne prikker viser kapillærer oppdaget av analyseprogramvaren. Tar videokapillaroskopi som ‘gullstandard’, SELV OM USB-resultatene ikke er perfekte (noen apices er ikke merket PÅ USB-bildet), har de fleste apices blitt identifisert ,og for det blotte øye bildekvaliteten (Fig. 2e) er veldig bra og vil lett tillate den kvalitative analysen som er den nåværende hjørnesteinen i kapillaroskopisk analyse for de fleste reumatologer.

Sammenligning av pasienter med SSc og friske kontrollpersoner

Gjennomsnittlig bredde

Gjennomsnittlig bredde målt automatisk i USB-mikroskopbilder fra friske kontrollpersoner var 15.0 µ (95% CIs 12.5, 17.4) og hos pasienter Med SSc 31.2 µ (95% KI 23.7, 38.6), med areal under mottakeroperatørkurven (ROC AZ) 0.81 (standardfeil 0.120). Med videokapillaroskopisystemet var gjennomsnittlig bredde i friske kontroller 12,1 µ (95% KI 11.4, 12.9) og hos pasienter Med SSc 19.0 µ (95% KI 16.1, 21.8), med areal under mottakeroperatørkurven (ROC az) 0.81 (standardfeil 0.095) (Utfyllende Fig. S1, tilgjengelig På Rheumatology online).

Kapillær tetthet

Gjennomsnittlig tetthet ved BRUK AV USB-mikroskopet i sunne kontroller var 4,68/mm (95% KI 2,75, 6,61), og hos pasienter Med SSc 3,78/mm (95% KI 2,71, 4,68), med areal under mottakeroperatørkurven (ROC AZ) 0,48 (standardfeil 0,16). Med videokapillaroskopisystemet var gjennomsnittlig tetthet friske kontroller 6,43/mm (95% KI 5,19, 7,67), og hos pasienter Med SSc 3,99/mm (95% KI 3,12, 4,87), med areal under mottakeroperatørkurven (ROC AZ) 0,70 (standardfeil 0,10) (Supplerende Fig. S1, tilgjengelig På Rheumatology online).

Diskusjon

hovedfunnene fra vår studie er at høy kvalitet nailfold capillaroscopy bilder kan oppnås VED HJELP AV USB capillaroscopy, og at (i hvert fall for kapillær bredde målinger) evnen til å diskriminere mellom pasienter Med SSc og friske kontroller er like god VED HJELP AV USB capillaroscopy som med videokapillaroscopy. Dermed er det implikasjoner for både klinikere og for forskere. For klinikere er meldingen at det er vel verdt å kjøpe et BILLIG USB-mikroskop for daglig klinisk praksis for vurdering av pasienter som presenterer Raynauds fenomen eller med andre pekere til En SSc-spektrumforstyrrelse. For forskere åpner evnen til å skaffe bilder av høy kvalitet for kvantitativ (objektiv) vurdering fra lavkostsystemer vista av ‘store’ kapillaroskopidata. Storskala studier som involverer tusenvis av pasienter sett i ulike kliniske innstillinger, virker nå oppnåelige fordi klinikere fra både sekundære og tertiære reumatologisentre på forskjellige kontinenter alle kan ha lett tilgang til nødvendig utstyr (ET USB-mikroskop). Nailfold capillaroscopic funn har blitt foreslått som både prediktorer og biomarkører Av SSc sykdomsprosessen, og store prospektive studier kunne undersøke prediktorer for sykdomsprogresjon og behandlingsrespons med en grad av presisjon som ikke tidligere var mulig. Automatisert bildeanalyse gjør pooling bilder og data fra store studier gjennomførbart.

begrensningene i vår studie inkluderer den lille utvalgsstørrelsen: dette var veldig mye en pilotstudie for å undersøke bevis på konsept og fremtidige studier bør inkludere større pasientnumre inkludert de med diffus kutan SSc. Vi har også ennå å optimalisere programvaren for bildeoppkjøp og analyse ved HJELP AV USB-mikroskopet. Programvaren ble ‘trent’ på videokapillaroskopibilder, og læringen overfører ikke perfekt til bilder som, selv om god kvalitet, har litt forskjellige egenskaper. Dette er mest åpenbart for fartøysdeteksjon, hvor de kvantitative fartøyets tetthetsmålinger og kvalitativ sammenligning (Se Fig. 2) angi FOR USB-bildene den automatiserte analysen savnet en andel fartøy som ble oppdaget i videokapillaroskopibildene. Men hvor kapillærene ble detektert, ble klinisk nyttige tiltak av kapillærmorfologi oppnådd. I videre arbeid, mangler i kapillær deteksjon kan løses ved: (i) anskaffe rå videodata ved høyere forstørrelse (tilsvarende lavpris USB mikroskop med 2-3 ganger høyere forstørrelse er nå tilgjengelig); (ii) raffinering anvendelsen av super-oppløsning teknikken til kapillære bilder; og (iii) bruke overføring læring teknikker for å avgrense automatisert analyse til detaljene I USB mikroskopi data. I tillegg tillot studiedesignet å sammenligne enheter bare for to fingre per enhet som skal undersøkes. HVOR ET USB-mikroskop brukes som eneste enhet i en kapillaroskopi undersøkelse, er det potensial til å analysere flere fingre, som tidligere studier tyder på ville forbedre diagnostisk nøyaktighet .

vår studie fokuserte på automatisert, kvantitativ analyse. Studier som sammenligner kvalitative og semi-quantitatve analyser (for eksempel ‘tidlig’, ‘aktiv’ og ‘sent’ sklerodermi mønstre ) mellom USB mikroskopi og videokapillaroskopi vil også være av interesse.

det virker overraskende at det har vært så lite forskning på lavkost capillaroscopy sytems, til tross for den økende interessen for nailfold capillaroscopy internasjonalt. En nylig pilotundersøkelse av 42 amerikanske klinikere med interesse For SSc fant at bare 7% brukte videokapillaroskopi sammenlignet med 64% som brukte enten dermatoskop eller oftalmoskop, noe som tyder på at I Hvert Fall I Usa er Preferansen Til SSc-spesialister for håndholdte systemer med lavere kostnad (USB-mikroskopi ble ikke nevnt). Omvendt , i en undersøkelse av 88 (hovedsakelig Europeiske) voksne reumatologer, 90.9% følte at deres kunnskap om videokapillaroskopi var enten god eller tilfredsstillende, mens færre enn 40% følte det samme FOR USB-mikroskopi. Derfor er klinisk praksis, i hvert fall i spesialistsentre, for tiden forskjellig mellom landene.

vi er ikke klar over tidligere rapporter sammenligne USB mikroskopi til videocapillaroscopy, men I 2012, Bhakuni et al. fremhevet POTENSIALET AV USB mikroskopi for å undersøke nailfold kapillærer i en studie med 42 pasienter Med SSc og 42 kontrollpersoner. Som tidligere nevnt har dermoskopi blitt sammenlignet med videokapillaroskopi. Dermoskopi (på SAMME MÅTE SOM USB-mikroskopi) er håndholdt og derfor lett bærbar, men krever et vedlagt kamera for bildeopptak og er dyrere (i størrelsesorden $1000 – $2000) ENN EN USB-mikroskop. En nylig studie som sammenlignet nailfold kapillærfotografier tatt med en smarttelefonlinse og med et smarttelefondermatoskop til widefield-mikroskopi, fremhevet potensialet for rimelige, bærbare enheter for bruk i rutinemessig klinisk praksis.

Til slutt viser våre funn AT USB capillaroscopy er en svært lovende, billig teknikk som godt kan være veien fremover for å maksimere potensialet for nailfold capillaroscopy som et diagnostisk og forskningsverktøy. Neste trinn er å øke bevisstheten om teknikken blant reumatologer og å forfine automatisert analyse, ikke bare for å forbedre diagnostisk nøyaktighet, men for å bane vei for storskala kapillaroskopiforskning.

Takk

Vi er takknemlige For Joanne Manning for teknisk støtte. DETTE arbeidet ble støttet AV NIHR Manchester Biomedical Research Centre.

Finansiering: DETTE arbeidet ble støttet AV MRC grant MC_PC_15038 ‘MRC Confidence in Concept 2015-The University Of Manchester’.

Disclosure statement: forfatterne har erklært ingen interessekonflikter.

datatilgjengelighetserklæring

dataene som ligger til grunn for denne artikkelen, vil bli delt på rimelig forespørsel til den tilsvarende forfatteren.

Supplerende data

Supplerende data er tilgjengelig på Rheumatology online.