Identificación endoscópica de la composición de los cálculos urinarios: un estudio del Southeastern Group for Lithiasis Research (SEGUR 2)

Resumen

Introducción y objetivos

Evaluar la capacidad del endourólogo para evaluar la composición del cálculo mediante la observación de imágenes endoscópicas.

Materiales y métodos

Una serie de 20 videoclips de tratamientos endoscópicos de cálculos urinarios que también estaba disponible el resultado de la espectroscopia infrarroja se cargó en un sitio de YouTube accesible solo a miembros del South Eastern Group for Urolithiasis Research (SEGUR), a quienes se les preguntó para identificar la composición de los cálculos.

Resultados

Un total de 32 endourólogos de 9 países diferentes participaron en el estudio. El número promedio de detecciones correctas de participantes fue de 7,81 ± 2,68 (1-12). La precisión general fue del 39% (250 de 640 predicciones). Cálculos de dihidrato de oxalato de calcio se han detectado correctamente en el 69,8%, monohidrato de oxalato de calcio en el 41,8%, ácido úrico en el 33,3%, oxalato de calcio/ácido úrico en el 34,3% y cistina en el 78,1%. Las tasas de precisión para estruvita (15,6%), fosfato de calcio (0%) y oxalato de calcio/fosfato de calcio (9,3%) fueron bastante bajas.

Conclusiones

La observación del cálculo durante el procedimiento endoscópico no fue confiable para identificar la composición de la mayoría de los cálculos, aunque los cálculos de oxalato de calcio dihidrato y cistina pueden identificarse con buena precisión. Sin embargo, se debe alentar la presentación de fotos o videos de cálculo intacto y su estructura interna para implementar los resultados del análisis de cálculo después de la cirugía. Los endourólogos deben mejorar su capacidad de identificación visual de los diferentes tipos de cálculos.

Abstract

Introduction and objectives

To assess the surgeon's ability to evaluate the composition of the stone by observation of endoscopic images.

Materials and methods

A series of 20 video clips of endoscopic treatments of urinary stones of which was also available the result of infrared spectroscopy was uploaded to a YouTube site accessible only to members of the South Eastern Group for Urolithiasis Research (SEGUR) who were asked to identify the composition of the stones.

Results

A total of 32 clinicians from 9 different countries participated in the study. The average number of correct detections of participants was 7.81 ± 2.68 (range 1-12). Overall accuracy was 39% (250 out of 640 predictions). Calcium oxalate dihydrate stones have been correctly detected in 69.8%, calcium oxalate monohydrate in 41.8%, uric acid in 33.3%, calcium oxalate/uric acid in 34.3% and cystine in 78.1%. Precision rates for struvite (15.6%), calcium phosphate (0%) and mixed calcium oxalate/calcium phosphate (9.3%) were quite low.

Conclusions

Observation of the stone during the endoscopic procedure was not reliable to identify the composition of most stones although it gave some information allowing to identify with a good sensitivity calcium oxalate dihydrate and cystine stones. Nevertheless, photo or video reporting of the intact stone and its internal structure could should be encouraged to implement results of still mandatory post-operative stone analysis. Endourologists should improve their ability of visual identification of the different types of stones.

Introducción

El análisis del cálculo es un paso crucial en la evaluación diagnóstica de los pacientes que desarrollan cálculos renales, ya que proporciona información relevante sobre los mecanismos patogénicos de la formación de los cálculos¹. El uso de métodos capaces de proporcionar información fiable y detallada sobre la composición del cálculo es altamente recomendado². Por otro lado, el análisis del cálculo solo puede realizarse tras la expulsión espontánea de este o sus fragmentos, o tras su extracción quirúrgica. Por este motivo, se han invertido muchos esfuerzos en el desarrollo de técnicas de la imagen que logren, de manera fiable y previa a su extracción, hacer un diagnóstico in vivo de la composición fisicoquímica del cálculo. La imagen endoscópica del cálculo nos puede brindar información en tiempo real que será de gran utilidad al decidir la modalidad de tratamiento. Además, la visualización ampliada del cálculo entero, así como de su estructura interna, puede proporcionar información complementaria a los resultados ex vivo de las analíticas de los fragmentos obtenidos. El objetivo de este estudio fue evaluar la capacidad del cirujano para detectar la composición del cálculo mediante la simple observación de imágenes endoscópicas.

Materiales y métodos

Se seleccionó una serie de videos relacionados con tratamiento endoscópico para cálculos urinarios, cuyo resultado del análisis posterior con espectroscopia infrarroja estaba disponible en una biblioteca de imágenes endoscópicas.

Para que el tiempo de la encuesta no fuese superior a 15 min, decidimos seleccionar un número limitado de muestras que consideramos representativas de la práctica endourológica diaria. Con base en la clasificación morfoconstitucional del cálculo urinario de Daudon⁴, seleccionamos una serie que representaría los 4 tipos (i a-d) morfológicos de cálculos de oxalato cálcico monohidrato (COM), los 3 tipos (ii a-c) de cálculos de oxalato cálcico dihidrato (COD) y la morfología común de los cálculos de ácido úrico anhidro (AUA) (iii a), estruvita (ST) (iv c) y cistina (CY) (v a-b). Hemos incluido además una muestra de un cálculo compuesto principalmente por carbapatita (CAP) (iv a 2) y 2 de composición mixta de oxalato cálcico monohidrato y carbapatita (iv a 1) (COM + CAP) y de oxalato cálcico monohidrato y ácido úrico (i a + iii b) (COM + AUA). A su vez, hemos excluido de la investigación los cálculos menos frecuentes, como los de ácido úrico dihidrato (iii b), urato (iii c), urato amónico (iii d), brucita (iv d) y proteína (vi).

La serie incluyó los siguientes cálculos: 8 de COM puro, 3 de COD (> 50%), 3 de AUA puro, 2 cálculos mixtos de COM + CAP, uno de CAP, uno mixto de COM + AUA, uno de ST y uno de CY. Las imágenes se subieron a YouTube como una lista de reproducción accesible solo para los participantes del estudio. El enlace de acceso se envió simultáneamente a 32 médicos que previamente habían aceptado participar en el estudio. Los participantes del estudio eran miembros del South Eastern Group for Urolithiasis Research (SEGUR) y residentes de sus instituciones. Los participantes identificaron la composición de los cálculos en cada vídeo e informaron los resultados en un formulario específico. Se obtuvo el promedio de predicciones acertadas de la composición del cálculo para todos los participantes del estudio y por separado para los médicos con mayor experiencia clínica y los residentes. Se calculó la precisión global mediante la suma del número de predicciones acertadas dividido por el número total de predicciones. Se calcularon los porcentajes de detecciones acertadas de la composición del cálculo para cada uno de los videos. También calculamos la precisión (número de detecciones acertadas de una composición específica por el número total de cálculos con una composición específica) para cada composición química. La precisión del usuario se consideró como la probabilidad de que una predicción de un determinado grupo de composición perteneciese realmente a ese tipo de composición.

Resultados

Un total de 32 médicos participaron en el estudio, 5 de Bulgaria, 3 de Grecia, 6 de Italia, 3 de Norte de Macedonia, 1 de Portugal, 2 de Rumanía, 3 de Serbia, 5 de España y 4 de Turquía.

El número promedio de detecciones correctas fue 7,81 ± 2,68 (rango 1-12). La media de detecciones correctas fue mayor en el caso endourólogos de mayor edad que en urólogos y residentes más jóvenes (8,35 ± 2,20 vs. 7,20 ± 3,09, p = 0,231), aunque no significativamente.

Aunque no de manera significativa, el número medio de detecciones correctas fue mayor para los endourólogos que trabajan en instituciones donde los cálculos se analizan rutinariamente mediante espectroscopia infrarroja o difractometría de rayos X que para aquellos de instituciones donde los cálculos se analizan con química húmeda o no se analizan (8,16 ± 2,20 vs. 7,20 ± 3,09, p = 0,406).

Se construyó una matriz de confusión o error con columnas representando el tipo real de composición del cálculo y filas con las predicciones de los observadores (tabla 1). Las composiciones clasificadas correctamente en la matriz (en negrita) se encuentran a lo largo de la diagonal desde la esquina superior izquierda a la esquina inferior derecha de la matriz de confusión.

Tabla 1.

Matriz de confusión o error: las columnas representan clases verdaderas o reales de la composición del cálculo y las filas muestran las predicciones de los observadores (composiciones clasificadas correctamente en negrita)

		Real o verdadera
		COM	COD	AUA	COM + AUA	CY	ST	COM + AP	CAP
Predicción	COM	107	5	4	7	0	1	2	22
	COD	40	67	18	5	2	10	14	10
	UA	27	14	32	5	4	7	8	15
	COM + UA	31	4	18	11	1	2	2	5
	CY	2	0	2	1	25	2	1	1
	ST	19	1	9	0	0	5	2	1
	COM + AP	30	5	13	3	0	5	3	10
	CAP	0	0	0	0	0	0	0	0
	Total	256	96	96	32	32	32	32	64
	Precisión	107/25641,8%	67/9669,8%	32/9633,3%	11/3234,3%	25/3278,1%	5/3215,6%	3/3210%	0/64

La precisión global, calculada sumando el número de predicciones correctas y dividido por el número total de predicciones, fue del 39% (250 de 640 predicciones).

La precisión o exactitud obtenida se calculó como la probabilidad de que un vídeo se clasificara correctamente en un tipo de composición. Los cálculos COD (fig. 1) se detectaron correctamente en 67/96 (69,8%, rango 65,6-78,1%); COM 107/256 (41,8%, rango 6,2-81,2%), AUA en 32/96 (33,3%, rango 15,6-46,8%), COM + AUA en 11/32 (34,3%) y CY (fig. 2) en 25/32 (78,1%). Las tasas de precisión para ST (5/32, 15,6%), CAP (0/64) y COM + CAP (3/30, 10%) fueron bastante más bajas. La precisión del usuario se consideró como la probabilidad de que una predicción de un determinado grupo de composición perteneciese realmente a ese tipo de composición. La composición de COD fue erróneamente diagnosticada en 99 casos, COM en 41, AUA en 80, COM + AUA en 63, CY en 9, ST en 32, COM + AP en 66. No se hizo ningún diagnóstico de CAP.

Figura 1.

Cálculo de oxalato cálcico dihidrato (COD).

Figura 2.

Cálculo de cistina.

La composición de COD se diagnosticó erróneamente como COM en 5 casos, mientras que COM se diagnosticó con mayor frecuencia como COD (40 predicciones). El ácido úrico se diagnosticó erróneamente como COD en 18/96 (18.7%), como COM en 4/96 (4,1%), como COM + AUA en 18/96 (18,7%), como COM + AP en 13/96 (13,5%), como ST en 9/96 (9,3%) y como CY en 2/96 (2,1%).

Discusión

Conocer la composición fisicoquímica del cálculo es crucial, no solo para comprender su mecanismo de formación y elegir las medidas de profilaxis para la recurrencia tras su extracción, sino también para planificar la estrategia de tratamiento. La información sobre la composición del cálculo puede modificar nuestras opciones terapéuticas, ya que algunos cálculos como los del ácido úrico pueden tratarse mediante quimiólisis oral; otros cálculos, como los de brucita, son particularmente duros y resistentes al tratamiento extracorpóreo y otros, como los de cistina, presentan un nivel alto recurrencia que requiere la eliminación completa de todos los fragmentos, resultado que se puede obtener más fácilmente con el tratamiento percutáneo. Por estas razones, la posibilidad de conocer la composición de los cálculos antes del procedimiento de extracción es sumamente deseable.

El primer paso de la evaluación de cálculos in vivo es la tomografía computarizada (TC) del cálculo y la determinación de la densidad del cálculo, lo que permite una primera diferenciación basada en las unidades de Hounsfield (HU). Se han realizado muchos estudios en este contexto con el uso de diferentes tecnologías, sugiriendo la utilidad de las HU y sus variantes en la predicción de la composición de los cálculos, a pesar de que no permitan una identificación precisa de la composición de la piedra para cada paciente. En concreto, la caracterización de HU mostró una alta eficacia para distinguir los cálculos de ácido úrico de baja densidad de otros tipos de cálculos³. La TC de doble energía (TCDE) diferencia los cálculos urinarios compuestos por ácido úrico de los de otras composiciones con una precisión de casi el 100%⁴. Por el contrario, la TCDE no puede diferenciar los COM de los COD, debido a la similitud de su composición química y a la cercanía de sus números atómicos. La información morfológica de los cálculos representa una herramienta complementaria para diferenciar cálculos con valores de densidad similares. La evaluación morfológica ex vivo en laboratorio de cálculos de oxalato de calcio por microscopia estereoscópica binocular⁵ o micromorfología usando microscopia electrónica de barrido⁶ ha sido ampliamente descrita. Los COD muestran una superficie espiculada con cristales bipiramidales de ángulos agudos y bordes romos, mientras que los COM suelen ser lisos, aunque a veces presentan una superficie con forma de mora o mamilar.

La morfología de la superficie y la estructura interna de los cálculos urinarios también se ha observado in vivo con pruebas de imagen. Distintos patrones radiográficos de cálculos COM y COD se demostraron mediante radiografía simple^7-9 y TC helicoidal de alta resolución utilizando ventanas óseas y un grosor de corte estrecho para mejorar la visualización de la superficie y la estructura interna del cálculo^10-12. Duan et al.¹³ desarrollaron recientemente un método para la medición cuantitativa de algunos aspectos morfológicos del cálculo en imágenes de TC en 3D. El índice de forma calculado mostró una alta sensibilidad y especificidad al diferenciar los cálculos COM de COD tanto en un entorno experimental mediante el uso de tomografía microcomputarizada, como en la evaluación clínica de imágenes de TC. Estas evidencias confirman que los cálculos renales tienen características morfológicas únicas que están altamente correlacionadas con la composición química. Por otro lado, la observación de los cálculos con un microscopio estereoscópico binocular se considera un paso preliminar importante del análisis del cálculo urinario, pues permite identificar su estructura y las áreas específicas que se deben someter a análisis con espectroscopia u otros métodos¹. Nayir¹⁴ mostró una sensibilidad del 93% para la microscopia estereoscópica binocular utilizando el resultado de la difracción de rayos X como gold standard en comparación con una sensibilidad mucho menor del 58% obtenida por análisis químico por vía húmeda. La observación endoscópica del cálculo podría ser comparable con la observación microscópica porque permite tener una vista ampliada del cálculo intacto antes de la litotricia, así como durante el proceso de fragmentación que muestra sus componentes internos y su estratificación. Actualmente, es imposible o muy poco frecuente observar la piedra intacta en el laboratorio; el análisis a menudo se limita a la evaluación de pequeños fragmentos de los cuales generalmente no conocemos la localización precisa en la estructura general. Por esta razón, en la era de la pulverización del cálculo, el estudio de sus diferentes componentes y estratificaciones in vivo previo a la litotricia se convierte en un objetivo importante. Desafortunadamente, los resultados de nuestra encuesta de identificación por vídeo de la composición de los cálculos no son satisfactorios, con una eficacia total de solo el 39%. Este resultado puede deberse a las limitaciones del método en sí o a la falta de formación de los endourólogos para la identificación visual de la composición del cálculo.

Sin embargo, nuestro estudio confirmó que la observación endoscópica del cálculo puede proporcionar cierta información sobre su composición, lo que permite identificar con una buena sensibilidad los COD y cistina. La formación específica de los endourólogos para reconocer los aspectos morfológicos de los cálculos de diferente composición podría aumentar la efectividad del método, aunque sus limitaciones son innegables, particularmente en el reconocimiento de la composición de los cálculos mixtos. En el futuro, los avances en la tecnología de los endoscopios como la espectroscopia Raman, la endoscopia de polarización y las imágenes hiperespectrales, y el posterior procesamiento de imágenes digitales, podrían mejorar aún más la eficacia diagnóstica de la observación endoscópica, al permitir el análisis in vivo con resultados comparables con los del estudio en banco en el laboratorio¹⁵. La espectroscopia Raman integrada en los sistemas láser de litotricia podría significar una herramienta prometedora. Miernik et al.¹⁶ demostraron una sensibilidad y especificidad del 100% al comparar un sistema compacto y portátil de espectroscopia Raman con la espectroscopia infrarroja en el análisis postoperatorio ex vivo automatizado inmediato de la composición de cálculos urinarios. Los mismos autores combinaron su sistema experimental Raman con fibras láser de litotricia comerciales comunes (200 y 940 μm) para desarrollar una herramienta que pueda usarse en el análisis de los cálculos en tiempo real durante el tratamiento endoscópico¹⁷. Esperemos que esta tecnología siga evolucionando para la práctica clínica futura.

Aunque pueda significar un posible sesgo en nuestro estudio, hemos querido limitar el número de cálculos incluidos en la encuesta, con el propósito de mantener la atención de los encuestados. Por otro lado, el objetivo del estudio fue evaluar el papel potencial de la identificación por vídeo de los tipos más comunes de cálculos en la rutina clínica. Otra posible limitación de nuestro estudio fue la calidad de las imágenes que se utilizaron para la evaluación subjetiva de la composición de los cálculos. Sin embargo, nuestro propósito era simular una evaluación real del posible uso diagnóstico de esta información en la práctica clínica diaria. También puede ser que el material enviado al laboratorio no fuera representativo del cálculo entero debido a que usualmente solo se recuperan algunos fragmentos. Esta condición nuevamente representa lo que sucede en la práctica clínica habitual, donde se dejan los fragmentos más pequeños y no se hace ningún esfuerzo para enviar a análisis el material separado de las diferentes estratificaciones de los cálculos.

Conclusiones

En conclusión, la visualización endoscópica del cálculo en sí misma en condiciones normales proporciona datos limitados sobre la composición del cálculo. Sin embargo, los nuevos avances tecnológicos podrían aumentar la información que se puede obtener a través de la evaluación del cálculo mediante endoscopia. A la espera de los inminentes avances tecnológicos, el análisis postoperatorio en el laboratorio de los fragmentos de piedra expulsados o recuperados después de la litotricia sigue siendo obligatorio. Nuestro estudio es el único que evalúa la posibilidad de identificar la composición del cálculo urinario mediante visualización endoscópica, demostrando que incluso los cirujanos expertos pueden no ser capaces de reconocer la composición del cálculo. Sin embargo, se debe recalcar la importancia de observar cuidadosamente el cálculo durante el procedimiento de litotricia endoscópica y describirlo con precisión el informe. Se debe realizar un vídeo o una imagen de la piedra intacta y de su estructura interna durante el proceso de fragmentación, y esta información debe incluirse en el informe. Así mismo, los residentes de urología deben recibir formación específica sobre el aspecto macroscópico de los cálculos urinarios y deben prepararse en la observación endoscópica y el reconocimiento de los tipos más frecuentes de cálculos renales.

Conflicto de intereses

Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.