Dynamic Automated Synovial Imaging (DASI) for differentiating between rheumatoid and psoriatic arthritis: automated versus manual interpretation in contrast-enhanced ultrasound

Riassunto Introduzione: L’artrite reumatoide (AR) e l’artrite psoriasica (APs) sono delle affezioni comuni, che colpiscono l'1% della popolazione generale, e sono caratterizzate dalla infiammazione articolare cronica. Anche se presentano delle peculiarità distintive, quali la presenza di autoanticorpi, nel caso dell’AR, e il coinvolgimento della pelle e delle unghie, nel caso dell’APs, entrambe le forme di artrite presentano molti elementi in comune. La distribuzione articolare e le manifestazioni cliniche e radiologiche possono essere identiche, soprattutto nelle fasi inziali della malattia, cosicché la distinzione diventa impossibile, se non attraverso lo studio istologico della membrana sinoviale, che presenta un tipo di vascolarizzazione specifica per le due artriti, ma però non è facilmente reperibile. Tra le varie artriti l’AR ha la prognosi più sfavorevole e pertanto una diagnosi e terapia precoci sono imperative. La sinovite reumatoide consiste di infiammazione, iperplasia sinoviale e neovascolarizzazione, che correla con l’attività di malattia, aggressività e distruzione articolare. Nell’AR la sinovite è l’evento primitivo, invece nella APs è secondaria all’infiammazione delle entesi, capsule e altre strutture peri-articolari. Nell’AR i vasi infiammatori di morfologia retta e arborescente sono omogeneamente disposti nella sinovia. Nell’APs invece sono tortuosi e “a cespuglio” e la loro distribuzione è disomogenea nella sinovia e peri-sinovia. L’ecografia con mezzo di contrasto (contrast-enhanced ultrasound, CEUS) è una metodica per lo studio vascolare, soprattutto della neovascolarizzazione infiammatoria, molto sensibile raggiungendo il livello della risonanza magnetica. La possibilità di discriminare con la CEUS l’AR dalla APs attraverso l’analisi non-invasiva degli specifici tipi di vascolarizzazione non è ancora stato studiata Materiali and metodi: 107 pazienti afferenti alla nostra unità di Reumatologia ed affetti da artrite delle mani sono stati reclutati. 56 erano stati diagnosticati come AR e 51 come APs. L’articolazione più attiva riferita dal paziente è stata scelta per l’esame CEUS. Le mani sono state immersi in acqua usando una sonda fissa per migliorare la qualità di immagine. Durante l’iniezione di contrasto le immagini sono state acquisite tramite la modalità per contrasto, che hanno in utilizzo indici meccanici bassi. Le immagini CEUS sono state validate manualmente dai radiologici sia per il grado CEUS che per la presunta diagnosi di artrite tendendo conto delle differenze istologiche note. Si assumeva che l’AR presentasse un rinforzo contrastografico sinoviale più omogeno e un tempo di arrivo del contrasto più breve dato la morfologia retta e arborescente dei vasi, mentre l’APs con un rinforzo disomogeneo sia nella zona sinoviale che in quella peri-sinoviale comprendenti le entesi e capsule, e un arrivo del contrasto tardivo per i vasi tortuosi e “a cespuglio”. Inoltre le cinetiche del contrasto sono state analizzate da un sistema analitico automatizzato programmato ad hoc per questo studio. Le analisi hanno compreso una procedura a base di singoli pixel, sviluppata ex novo, e a base di intere regioni, analoga a sistemi attualmente commercializzati. La cinetica dei singoli pixel è stata descritta tramite una curva f(t)=A(t-t0)a×e(t-t0)/b, e 98 parametri di flusso diversi sono stati identificati ed analizzati nella zona sinoviale e peri-sinoviale. 37 di questi parametri presentavano differenze significative tra pazienti con AR e APs (p<0.05). Un classificatore lineare discriminatore è stato allenato per identificare le trasformazioni necessarie per ottimizzare la separabilità lineare dei due gruppi. Ciascun paziente è stato assegnato al gruppo AR o APs attraverso un algoritmo di classificazione bayesiana per determinare la probabilità a posteriori di appartenere ad un gruppo invece che all’altro. La potenza diagnostica del prototipo di vascolarizzazione così creato è stata verificata tramite un’analisi “leave-one-out”. Infine correlazioni tra parametri di flusso CEUS e dati clinici sono stati ricercati. Risultati: L’accuratezza nel discriminare pazienti con AR da quelli con APs è 0.93 per l’analisi CEUS automatizzata a base di pixel nella fase di allenamento e 0.83 nella fase di verifica. Aggiungendo i dati su fattore reumatoide ed anticorpi contro peptidi citrullinati ciclici l’accuratezza aumentava al 0.99 e 0.93 relativamente nella fase di allenamento e verifica. L’accuratezza dell’analisi CEUS manuale (0.69) e dell’analisi automatizzata a base di regioni (0.61) erano definitivamente più basse. I parametri di flusso contrastografico più importanti nella creazione del prototipo di vascolarizzazione discriminante tra AR e APs erano la velocità media di incremento sinoviale (più veloce in AR), la costante di incremento sinoviale (più basso in AR), il tempo al picco sinoviale (più veloce in AR), il valore medio del picco (più alto in AR), il numero delle regioni sinoviali attive (più numerose in AR), la dimensione media della regioni sinoviali attive (più grande in AR), il volume sanguigno sinoviale e peri-sinoviale (più ampio in AR), il volume e flusso sanguigno sinovia/peri-sinovia. Non vi erano correlazioni tra parametri di flusso CEUS e dati clinici. Conclusione: Lo studio di immagini dinamico e automatizzato della sinovia (dynamic automated synovial imaging, DASI) costituisce un nuovo strumento per lo studio diretto della vascolarizzazione in corso di artrite, che finora era solo possibile tramite la biopsia invasiva. DASI è altamente efficace nel discriminare l’AR dall’APs attraverso l’identificazione di un prototipo di vascolarizzazione distinto.