Evaluation of a novel photo optical imaging (Lightscan) with musculoskeletal ultrasound and clinical examination in the assessment of inflammatory activity in PIP joints in patients with rheumatoid arthritis and osteoarthritis

Ziel: Der Lichtscan ist ein neues lichtoptisches und gleichzeitig kostengünstiges sowie nicht invasives Verfahren zur Beurteilung der entzündlichen Aktivität in den proximalen Interphalangealgelenken (PIP). In dieser Studie wurde ein lichtoptisches Verfahren (photo optical imaging - POI), der „Lichtscan“, mit der Arthrosonographie (US), der klinischen Untersuchung (CE) sowie der klinischen Krankheitsaktivität (DAS28 - nur RA), bei Patienten mit Rheumatoider Arthritis (RA), Osteoarthrose (OA) und einer gesunden Kontrollgruppe verglichen. Methodik: Es wurden n=696 PIP-Gelenke von 87 Probanden (70 Frauen, Durchschnittsalter 49±19 Jahre, Spannweite 22-86) untersucht. Die Gesamtkohorte umfasste 38 Patienten mit RA, 21 Patienten mit OA und 28 Gesunde als Kontrollgruppe. Alle Probanden erhielten eine klinische Gelenkuntersuchung (druckschmerzhafte/- geschwollene Gelenke). Der DAS28 wurde für die RA Patienten erhoben. Eine US-Untersuchung im B-Modus (GSUS) sowie Power Doppler-Modus (PDUS) wurden von den PIP-Gelenken (palmare und dorsale Ansicht) durchgeführt. Ein semiquantitativer Synovialitis-Summen-Score wurde für GSUS und PDUS für die jeweils palmare und dorsale Ansicht (Rangweite 0-24) sowie ein Gesamt-Score (Rangweite 0-48) erstellt. Alle PIP-Gelenke der eingeschlossenen Patienten wurden mit dem Lichtscan untersucht. Jedes einzelne PIP-Gelenk wurde mithilfe einer Laserdiode mit drei unterschiedlichen Wellenlängen (670, 820 und 904 nm) durchleuchtet. Eine Charge-coupled Device (CCD) Kamera nahm dabei das Streulicht in einem 2-dimensionalen Muster auf. Diese schwarz-weißen Bitmaps mit der Tiefe von 8 bits wurden in eine Falschfarbendarstellung übersetzt und mit einer nichtlokalen Bildsegmentationsmethode analysiert. Für die jeweils 8 PIP-Gelenke wurde ein Lichtscan-Summen-Score zur besseren Vergleichbarkeit mit dem Ultraschall berechnet. Des Weiteren wurden Korrelationskoeffizienten berechnet und ROC- Analysen durchgeführt. Ergebnisse: Die Gesamtkohorte (RA, OA, Gesunde) zeigte eine signifikante Korrelation zwischen dem Mittelwert des Lichtscan-Summen- Scores und dem Mittelwert des GSUS Summen-Scores (r=0,473; p<0,01) sowie PDUS Summen-Scores (r=0,486; p<0,01). POI korrelierte nicht mit dem DAS28. Die Lichtscan-Summen-Scores zeigten signifikant niedrigere Scores bei den gesunden Probanden im Vergleich zu Patienten mit RA oder OA (p<0,01). Mittels ROC- Analysen ergab der Mittelwert vom Lichtscan-Summen-Score eine bessere Sensitivität und Spezifität (AUC=0,879) als dieser für GSUS (AUC=0,797) und PDUS (AUC=0,67) im Hinblick auf die Unterscheidung zwischen krank (RA,OA) und gesund (Kontrollkohorte). Die Übereinstimmugsraten zwischen POI und GSUS lagen bei bis zu 79%, zwischen POI und PDUS bei bis zu 92% und zwischen POI und CE bis zu 66%. Schlussfolgerung: Das neue Lichtscan-Verfahren ist ein geeignetes Instrument zur Evaluation der Entzündungsaktivität bei Patienten mit RA und OA. Die beste Korrelation vom Mittelwert des Lichtscan-Summen-Scores wurde im Vergleich zum Mittelwert des Synovialitis-Summen-Scores für PDUS gefunden. Eine weitere Validierung der Methode ist aufgrund der relativ niedrigen Fallzahl erforderlich.Objectives: Lightscan is a novel rapid, low cost and non-invasive imaging technology to assess inflammatory activity in proximal interphalangeal (PIP) joints, which can easily be performed. The results are calculated automatically. This is the first comparative study of photo optical imaging (POI), ‘Lightscan’, with musculoskeletal ultrasonography (US), clinical examination (CE) and DAS28 (only RA) in patients with rheumatoid arthritis (RA), osteoarthritis (OA) and in healthy subjects. Methods: N=696 PIP joints of both hands were examined in n=87 subjects (70 women average age 49±19 years, range 22-86). The total cohort included 38 patients with RA, 21 patients with OA and 28 healthy subjects. For the CE, all PIP joints were examined for swollen or tenderness joints. Each PIP joint was considered separately for synovitis in GSUS and PDUS. Also a semi-quantitative sum-score for the 8 PIP joints in palmar and dorsal view was calculated (range 0-24) as well as a sum-score including all results for palmar and dorsal view (range 0-48) in order to create an US mean sum-score for further comparison to the POI results. The POI examination follows a standardised procedure: The PIP joints were placed and transilluminated one after the other. Examination of one PIP joint takes one minute at most. PIP joints were transilluminated by laser diodes with three different wavelengths (670, 820, and 904 nm). A CCD camera was recording the scattered-light in a 2-dimensional light pattern. A mean sum-score was developed for POI. Results: POI correlated significantly with GSUS (r=0.473, p<0.01) and PDUS (r=0.486, p