comparație între capillaroscopy low cost USB nailfold și videocapillaroscopy: un studiu pilot

rezumat

Introducere

acum este bine recunoscut faptul că la pacientul care prezintă fenomenul Raynaud, capilarele anormale ale nailfold sunt un ‘steag roșu’ și un factor de risc independent pentru progresia către SSc . Acest lucru este recunoscut în criteriile de clasificare ACR/EULAR 2013 pentru SSc : capilarele anormale ale unghiilor sunt unul dintre criterii. Prin urmare, se cuvine ca toți reumatologii responsabili de evaluarea pacienților cu fenomen Raynaud și/sau diagnosticarea tulburărilor spectrului SSc să aibă acces la capilaroscopia nailfold. În caz contrar, un diagnostic de SSc ar putea fi ratat, refuzând astfel accesul pacienților la intervenția timpurie pentru a preveni apariția ulcerelor digitale dureroase, a ischemiei digitale critice și a implicării organelor interne care pot pune viața în pericol. Cu toate acestea, în prezent, majoritatea reumatologilor nu încorporează capillaroscopy nailfold în practica lor clinică de zi cu zi, deoarece sistemele capillaroscopy nu sunt disponibile pe scară largă, iar imaginile obținute odată pot fi dificil de interpretat.

mai multe tehnici diferite pot fi folosite pentru a vizualiza capilarele nailfold . Tehnica standard de aur este videocapilaroscopia (și este cea cu care reumatologii europeni interesați de SSc sunt cei mai familiarizați ), dar acest lucru necesită echipamente costisitoare și este puțin probabil ca utilizarea sa să devină răspândită în rândul reumatologilor generali. Microscoapele portabile cu costuri reduse pot vizualiza, de asemenea, capilarele de unghii; de exemplu, dermoscopia se compară favorabil cu videocapilaroscopia de unghii .

microscopia Universal serial bus (USB)—folosind un microscop digital conectat la un computer sau tabletă printr-un cablu USB standard pentru a înregistra imagini video mărite-ar putea fi răspunsul la furnizarea tuturor reumatologilor cu un instrument ușor de utilizat, ieftin, portabil pentru a examina capilarele cu unghii. Cu toate acestea, experiența cu capillaroscopia USB este limitată, fără studii anterioare care să o compare cu alte sisteme de capillaroscopie. Scopul acestui studiu pilot a fost de a examina fezabilitatea achiziționării și analizării imaginilor cu ajutorul microscopului USB și de a compara rezultatele obținute cu cele din imaginile videocapilaroscopiei. Captarea cu succes și analiza cantitativă a imaginilor capilare nailfold de la un microscop USB ar putea aduce imagistica capilară nailfold cantitativă (obiectivă) la îndemâna clinicii generale de Reumatologie.

pacienți și metode

pacienți

douăzeci de pacienți cu CSC cutanat limitat au fost recrutați în studiu (17 femei, trei bărbați, vârsta mediană 63 ani, intervalul 44-75, durata mediană a fenomenului Raynaud 21 ani, intervalul 4-42, durata mediană a bolii de la debutul primei manifestări non-Raynaud 15 ani, intervalul 3-37) și 20 de controale sănătoase, dintre care a avut Raynaud (15 femei, cinci bărbați, vârsta medie 52 ani, intervalul 25-60). Toți subiecții au participat la o vizită când capilaroscopia nailfold a fost efectuată utilizând atât videocapilaroscopie, cât și microscopie USB (vezi mai jos) de către un singur tehnician. Toți au fost rugați să se abțină de la fumat și de la băuturi care conțin cafeină timp de patru ore înainte de vizita de studiu. Studiul a fost aprobat de West of Scotland Research Ethics Service și toți pacienții au dat consimțământul scris informat.

metode

toți subiecții au suferit o perioadă de 20 de minute de aclimatizare la 23 de centi C într-o încăpere controlată de temperatură și umiditate. Capillaroscopy Nailfold a fost efectuat de degetele inelare stânga și dreapta, folosind (Fig. 1): (i) de înaltă precizie, personalizat-a construit, videocapillaroscopy sistem, luate ca ‘standardul de aur’; (ii) un low-cost, portabil USB microscop. Tehnicianul imagistic nu a fost orbit de starea bolii subiecților, dar a fost urmat un protocol imagistic strict standardizat.

Videocapillaroscopy

sistemul utilizat a fost descris în detaliu în altă parte . Pe scurt, o rată ridicată a cadrelor (120 de cadre pe secundă) camera și sistemul de lentile sunt montate pe o etapă motorizată cu trei axe controlată de software, permițând captarea rapidă a secvențelor video de-a lungul unghiului. Din aceste secvențe video, software-ul personalizat generează mozaicuri capilare nailfold de înaltă calitate (Fig. 1) și apoi face măsurători complet automatizate ale structurii capilare și a fluxului . Rezolutia imaginii este de 1 hectolitru/pixel.

capillaroscopy USB

această tehnică utilizează un dispozitiv de consum disponibil comercial, cu costuri reduse. În acest studiu am folosit un XCSOURCE TE389 achiziționat prin Amazon, deși multe dispozitive similare sunt disponibile de la doar 25 USD. Acestea conțin un senzor de cameră color similar cu cele găsite în camerele web obișnuite și optică din plastic cu comenzi de zoom/focalizare, permițând imagini cu mărire mare. Rezolutia finala a imaginii este de 2–6 xixt/pixel.

analiza automată a imaginii

am folosit o metodă de super-rezoluție pentru a genera imagini compozite din datele video ale microscopului USB. Pentru compararea cantitativă între videocapilaroscopie și microscopie USB, ne-am concentrat pe diametrul capilar mediu (lățime), care a fost singura măsură care a discriminat cel mai bine între subiecții cu și fără SSc în studiul nostru anterior și densitatea capilară (măsura cu care reumatologii sunt cei mai familiarizați). Pentru a genera acești (și alți) parametri, software-ul detectează mai întâi fiecare rând distal capilar și estimează locația vârfului său. Lățimea medie a fiecărui capilar este calculată din estimările lățimii la fiecare punct de-a lungul căii capilare până la o distanță de 100 de centimetri de vârf. Pentru fiecare imagine nailfold, s-a calculat lățimea medie (media lățimilor capilare individuale) și densitatea capilară (numărul de vârfuri capilare pe milimetru, măsurat de la cele mai stângi la cele mai drepte capilare). Pentru fiecare participant, ambele măsurători la nivelul pliului unghiilor (adică degetul inelar drept și stâng) au fost medii pentru a produce parametri la nivel de participant.

analiză statistică

analiza noastră a implicat o combinație de metode calitative (descriptive) și cantitative. Pentru o comparație cantitativă, aria de sub curba caracteristică de funcționare a receptorului (Roc AZ) a fost utilizată pentru a măsura separarea dintre SSc și grupurile de control sănătoase folosind măsurătorile automate ale lățimii medii și densității capilare.

rezultate

aplicarea software-ului nou la imaginile USB

Fig. 2 demonstrează că imaginile de înaltă calitate pot fi generate de microscopul USB. Fig. 2a-c arată trei cadre video din aceeași secțiune a unui nailfold, capturate folosind microscopul USB. Deși capilarele sunt vizibile, ele nu sunt suficient de bine definite pentru a permite măsurarea morfologiei și în unele cadre sunt ascunse, de exemplu prin strălucirea din Fig. 2c.Fig. 2d prezintă o reconstrucție de super-rezoluție de 4 la sută din aceeași regiune folosind 15 cadre în total. Fig. 2e prezintă reconstrucția întregului pat de unghii obținut cu ajutorul microscopului USB și Fig. 2F reconstrucția aceluiași pat de unghii folosind videocapilaroscopie. Punctele verzi arată capilare detectate de software-ul de analiză. Luând videocapilaroscopia ca standard de aur, deși rezultatele USB nu sunt perfecte (unele vârfuri nu au fost marcate pe imaginea USB), majoritatea vârfurilor au fost identificate și, cu ochiul liber, calitatea imaginii (Fig. 2e) este foarte bun și ar permite cu ușurință analiza calitativă care este piatra de temelie actuală a analizei capilaroscopice pentru majoritatea reumatologilor.

comparația dintre pacienții cu SSc și cei sănătoși din grupul de control

lățimea medie

lățimea medie măsurată automat în imaginile microscopului USB din grupul de control sănătos a fost de 15,0 MMC (95% CIs 12,5, 17,4), iar la pacienții cu SSc 31,2 MMC (IÎ 95% 23,7, 38,6), cu aria de sub curba operatorului receptorului (ROC AZ) 0,81 (eroare standard 0,120). În cazul sistemului de videocapilaroscopie, lățimea medie la controalele sănătoase a fost de 12,1 MMC (IÎ 95% 11,4, 12,9), iar la pacienții cu CSC 19,0 MMC (IÎ 95% 16,1, 21,8), cu aria de sub curba operatorului receptorului (ROC AZ) 0,81 (eroare standard 0.095) (Suplimentar Fig. S1, disponibil la Reumatologie online).

densitatea capilară

densitatea medie cu ajutorul microscopului USB în controalele sănătoase a fost de 4, 68/mm (IÎ 95% 2, 75, 6, 61), iar la pacienții cu SSc 3, 78/mm (IÎ 95% 2, 71, 4, 68), cu aria de sub curba operatorului receptorului (ROC AZ) 0, 48 (eroare standard 0, 16). Cu sistemul de videocapilaroscopie, controalele sănătoase cu densitate medie au fost de 6, 43/mm (IÎ 95% 5, 19, 7, 67), iar la pacienții cu SSc 3, 99 / mm (IÎ 95% 3, 12, 4, 87), cu aria de sub curba operatorului receptorului (ROC AZ) 0, 70 (eroare standard 0, 10) (Fig suplimentar. S1, disponibil la Reumatologie online).

discuție

constatările cheie din studiul nostru sunt că imaginile capillaroscopy nailfold de înaltă calitate pot fi obținute folosind capillaroscopy USB și că (cel puțin pentru măsurătorile lățimii capilare) capacitatea de a discrimina între pacienții cu SSc și controalele sănătoase este la fel de bună folosind capillaroscopy USB ca și în cazul videocapillaroscopy. Astfel, există implicații atât pentru clinicieni, cât și pentru cercetători. Pentru clinicieni, mesajul este că merită să cumpărați un microscop USB cu costuri reduse pentru practica clinică de zi cu zi pentru evaluarea pacienților care prezintă fenomenul Raynaud sau cu alți indicatori ai unei tulburări de spectru SSc. Pentru cercetători, capacitatea de a obține imagini de înaltă calitate pentru evaluarea cantitativă (obiectivă) din sistemele low-cost deschide perspectiva datelor capillaroscopy ‘big’. Studiile la scară largă care implică mii de pacienți văzuți în diferite medii clinice par acum realizabile, deoarece clinicienii din centrele de Reumatologie secundare și terțiare de pe diferite continente ar putea avea acces ușor la echipamentul necesar (un microscop USB). Constatările capillaroscopice Nailfold au fost sugerate atât ca predictori , cât și ca biomarkeri ai procesului bolii SSc, iar studiile prospective mari ar putea examina predictorii progresiei bolii și a răspunsului la tratament cu un grad de precizie care nu a fost posibil anterior. Analiza automată a imaginilor face posibilă punerea în comun a imaginilor și a datelor din studii la scară largă.

Limitările studiului nostru includ dimensiunea mică a eșantionului: acesta a fost foarte mult un studiu pilot pentru a examina dovada conceptului, iar studiile viitoare ar trebui să includă un număr mai mare de pacienți, inclusiv cei cu SSc cutanat difuz. De asemenea, încă nu am optimizat software-ul pentru achiziția și analiza imaginilor folosind microscopul USB. Software-ul a fost’ instruit ‘ pe imagini videocapillaroscopy, iar învățarea nu se transferă perfect la imagini care, deși de bună calitate, au caracteristici ușor diferite. Acest lucru este cel mai evident pentru detectarea vaselor, unde măsurătorile cantitative ale densității vaselor și comparația calitativă (vezi Fig. 2) indicați pentru imaginile USB analiza automată a ratat o proporție de nave detectate în imaginile videocapillaroscopy. Cu toate acestea, în cazul în care au fost detectate capilare, s-au obținut măsuri clinice utile de morfologie capilară. În lucrările ulterioare, deficiențele în detectarea capilară pot fi abordate prin: (i) achiziționarea de date video brute la mărire mai mare (în mod similar Microscoape USB cu costuri reduse cu mărire de 2-3 ori mai mare sunt acum disponibile); (ii) rafinarea aplicării tehnicii de super-rezoluție la imaginile capilare; și (iii) aplicarea tehnicilor de învățare prin transfer pentru a rafina analiza automată la specificul datelor de microscopie USB. În plus, proiectarea studiului care compară dispozitivele a permis doar examinarea a două degete pe dispozitiv. În cazul în care un microscop USB este utilizat ca unic dispozitiv într-un examen capilaroscopic, există potențialul de a analiza mai multe degete, ceea ce studiile anterioare sugerează că ar îmbunătăți precizia diagnosticului .

studiul nostru s-a axat pe analiza automată, cantitativă. Studiile care compară analizele calitative și semi-cantitative (de exemplu, modelele de sclerodermie timpurie, activă și târzie ) între microscopia USB și videocapilaroscopie ar fi, de asemenea, de interes.

pare surprinzător faptul că au existat atât de puține cercetări în sistemele capillaroscopy low-cost, în ciuda interesului tot mai mare pentru capillaroscopy nailfold la nivel internațional. Un sondaj pilot recent efectuat pe 42 de clinicieni americani cu interes pentru SSc a constatat că doar 7% au folosit videocapilaroscopie, comparativ cu 64% care au folosit fie un dermatoscop, fie un oftalmoscop, sugerând că cel puțin în Statele Unite, preferința specialiștilor SSc este pentru sisteme portabile cu costuri mai mici (microscopia USB nu a fost menționată). În schimb , într-un sondaj efectuat pe 88 de reumatologi adulți (în principal europeni), 90.9% au considerat că cunoștințele lor despre videocapilaroscopie au fost fie bune, fie satisfăcătoare, în timp ce mai puțin de 40% au simțit similar pentru microscopia USB. Prin urmare, practica clinică, cel puțin în centrele specializate, diferă în prezent de la o țară la alta.

nu suntem conștienți de rapoartele anterioare care au comparat microscopia USB cu videocapilaroscopia, deși în 2012, Bhakuni și colab. a evidențiat potențialul microscopiei USB de a examina capilarele nailfold într-un studiu care a inclus 42 de pacienți cu SSc și 42 de subiecți de control. După cum sa menționat anterior, dermoscopia a fost comparată cu videocapilaroscopia. Dermoscopia (similar cu microscopia USB) este de mână și, prin urmare, ușor portabilă, dar necesită o cameră atașată pentru captarea imaginii și este mai scumpă (de ordinul a 1000-2000 USD) decât un microcop USB. Un studiu recent care a comparat fotografiile capilare nailfold realizate cu un obiectiv smartphone și cu un dermatoscop smartphone cu microscopia widefield a evidențiat potențialul dispozitivelor portabile ieftine pentru utilizare în practica clinică de rutină.

în concluzie, constatările noastre indică faptul că capilaroscopia USB este o tehnică extrem de promițătoare, cu costuri reduse, care ar putea fi calea de urmat pentru maximizarea potențialului capilaroscopiei nailfold ca instrument de diagnostic și cercetare. Următorii pași sunt de a crește gradul de conștientizare a tehnicii în rândul reumatologilor și de a rafina analiza automată nu numai pentru a îmbunătăți precizia diagnosticului, ci pentru a deschide calea pentru cercetarea capilaroscopiei la scară largă.

mulțumiri

suntem recunoscători Joanne Manning pentru suport tehnic. Această lucrare a fost susținută de Centrul de Cercetare Biomedicală NIHR Manchester.

finanțare: această lucrare a fost susținută de MRC grant MC_PC_15038 ‘MRC Confidence in Concept 2015 – Universitatea din Manchester’.

declarație de dezvăluire: autorii nu au declarat conflicte de interese.

declarație de disponibilitate a datelor

datele care stau la baza acestui articol vor fi partajate la cerere rezonabilă autorului corespunzător.

date suplimentare

date suplimentare sunt disponibile la Rheumatology online.