自动粪便分析仪与直接湿涂片显微镜检测粪便样本寄生虫感染的比较分析

摘要

寄生虫感染构成了重大的公共卫生挑战，尤其是在发展中国家和地区。本研究将自动粪便分析仪与传统的直接湿涂片显微镜检查方法进行比较，以评估其诊断效果。

摘要

随着社会经济的发展，肠道寄生虫病的患病率逐年显著下降。然而，寄生虫感染仍然是全球主要的公共卫生问题，尤其是在发展中国家和地区。及时诊断和治疗对于控制这些疾病的传播至关重要。传统的直接湿涂片显微镜方法虽然被广泛使用，但需要大量人力，容易受到污染，并且取决于技术人员的技能。本文介绍了一种自动粪便分析仪，它使粪便样本处理自动化，与传统的直接湿涂片显微镜方法相比，具有作简便、检测快速、工作环境清洁卫生、灵敏度和特异性高等优点，从而提高了诊断效率和准确性。

我们比较了三种不同的粪便分析方法：直接湿涂片显微镜检查法、自动粪便分析仪（AI 报告）和自动粪便分析仪（用户审计）。AI 报告使用自动图像分析和机器学习算法来识别粪便样本中的寄生虫和鸡蛋等成分。这种方法可以快速处理大量样品，提高效率。User Audit 还使用自动粪便分析仪，但包括一个额外的用户审计步骤。经验丰富的技术人员会审查 AI 报告，以提高结果的准确性和可靠性。该分析仪对 AI 报告的灵敏度为 84.31%，对用户审计的灵敏度为 94.12%，对 AI 报告的特异性为 98.71%，对用户审计的特异性为 99.69%，使其成为临床诊断和治疗寄生虫感染的宝贵工具。

引言

在全球范围内，肠道寄生虫病仍然是一个重大的公共卫生问题，主要发生在发展中国家。中华人民共和国卫生福利委员会的历史数据显示，感染率从 1992 年的 62.63% 显着下降到 2015 年的 5.96%^1，2，3。尽管华支吸虫感染率急剧下降¹，全国加权患病率为 0.47%，估计感染人数为 598 万³，但广东人群华支睾吸虫感染的患病率仍然很高，为 4.90%⁴。像广东这样的特定地区仍然表现出较高的 C. sinensis 感染率，这凸显了对精确诊断方法的需求。

可以通过显微镜检查、医学成像、血清学和分子学方法诊断寄生虫病。使用酶联免疫吸附测定 （ELISA） 进行血清学分析有助于诊断寄生虫病，但敏感性中等，约为 80%⁵。分子生物学诊断技术具有较高的灵敏度和特异性⁶，但受到繁琐、耗时的作和高测试成本的阻碍，使其不适合大规模的常规测试。

在患者粪便中检测到中华梭菌卵是确诊的基础。寻找中华梭菌卵的 Kato-Katz 厚涂片法是诊断寄生虫病常用的经典方法^7，8。虽然价格低廉，但耗时、劳动强度大，并且不适合在需要筛查大量标本的情况下进行临床实践。大多数初级医院目前采用直接湿涂片显微镜检查方法。然而，这种方法仍然耗时且劳动密集，具有难闻的粪便气味，并且容易交叉污染、生物安全风险高，并且结果取决于测试人员的专业知识和勤奋⁹。

传统的诊断技术虽然有价值，但在敏感性和实用性方面面临限制。然而，随着科学技术的不断进步，粪便检测正变得更加自动化和标准化。利用基于数字图像的方法定量检测粪便中的寄生虫或寄生虫卵的自动化仪器在临床实验室中越来越受欢迎。它们具有易于作、快速检测、清洁卫生的工作环境以及高灵敏度和特异性等优点。自动粪便分析仪使用数字成像技术，通过显微镜及其集成的数字成像系统捕获一系列低倍和高倍率的数字照片来记录显微镜观察结果。然后，系统将这些图像传输到计算机数据处理系统，该系统对其进行相应的识别和分析。最近，我们试图诊断一系列寄生虫感染，重点是检测粪便样本中的寄生虫及其卵。阳性样品通过其形态学特征的存在来识别。我们评估了自动粪便分析仪检测粪便样本中寄生虫的作用，并证实了它作为传统显微镜方法辅助手段的潜力。自动粪便分析仪由主机和随附软件组成，该软件具有几个专用单元，包括自动采样单元、穿刺采样单元、样本特性和颜色观察单元、摄像单元和试剂卡单元（图 1）。

图 1：仪器的组件。请点击这里查看此图的较大版本。

在这项研究中，使用自动粪便分析仪和直接湿涂片显微镜方法（图 2）以双盲方式评估了 2024 年 7 月广东省人民医院住院患者的 2,305 份新鲜粪便样本。一组使用直接湿涂片显微镜方法进行测试，而另一组使用带有 AI 生成报告的自动粪便分析仪。在记录了每组的结果后，第三组实验者手动查看了自动分析仪捕获的图像。他们仔细检查了可疑的寄生虫或卵、偏离自动分析的图像、模糊或缺失的图像，以及那些背景复杂、残留物过多的图像。这个过程涉及纠正结果，然后被称为自动粪便分析仪的用户审计。最终，第四个人对调查结果进行了总结和统计分析。通过寄生虫/卵的双盲检测来评估全自动粪便器械的疗效，比较三种方法的检测时间和结果。

图 2：研究计划的示意图。请点击这里查看此图的较大版本。

方案

本研究经中国广州南方医科大学广东省人民医院伦理审查委员会批准（批准号：KY2024-445-02）。所有参与者在入组前签署了书面知情同意书。用于研究的试剂和设备列在材料表中。

1. 标本采集

1. 使用自动粪便分析仪制造商的标本采集管，确保它们加盖、可密封、清洁、干燥、无泄漏，并具有适当的开口和体积以进行多点采样。
2. 选择尽可能多的新鲜异常粪便，含有粘液、脓液或血液，目标量约为 0.5 g。当粪便稀或呈水样时，使用一次性移液器收集必要的样品量><。 注意：必须注意防止所有非患者粪便样本污染。这包括但不限于灌肠剂或油性泻药的粪便、便盆或马桶的样本、被植物、土壤、污水、消毒剂、清洁剂、尿液、经血或白带污染的粪便。

2. 粪便检测方法

1. 直接湿涂片显微镜检查方法^10，11
   1. 将 1-2 滴盐水溶液滴在干净的显微镜载玻片上。
   2. 从粪便的异常区域或多个区域采集少量样本进行涂片。
   3. 将样品均匀地铺在载玻片上。调整涂抹的粗细以确保细节的可见性。
   4. 将盖玻片盖在涂片上，避免气泡。
   5. 以低放大倍率 （10 倍） 扫描 10 多个视野。如果检测到寄生虫卵或寄生虫，请切换到高倍率 （40 倍） 进行详细的形态学观察。
      注意：建议以 "城垛 "顺序对载玻片进行低倍率检查，以尽量减少遗漏的风险。
2. 自动粪便分析仪 （图 3）
   1. 打开电脑和分析仪的电源，点击启动软件，输入用户名和密码登录，等待仪器进行自检。
   2. 使用合适的样品采集管收集合格的粪便。
      注意：含有粘液、脓液或重约 0.5 g 的血液的新鲜异常粪便是首选样品。
   3. 将样品收集管放入分析仪的样品架中，将样品架放在自动进样口上，点击开始进行自检后的第一次测试。
      注：仪器将自动检测并进行后续测试。仪器机器人将对样品进行拍照以进行记录。
   4. 向样品管中加入 5 mL 稀释剂，气动混合均匀，让样品沉淀后再分析><。 注意：标本采集管内衬特殊过滤器，可去除无病理意义的残留物，如大量植物纤维、种子和未消化的食物残渣。
   5. 让样品流入计数池进行分析，分析仪将在显微镜下捕获高分辨率显微图像，软件将处理和识别图像。
   6. 切换到结果界面，检查测试图像，然后将结果发送到实验室信息管理系统 （LIS） 或打印它们。
   7. 单击 Stop 结束测试。
   8. 选择 Flush and Shutdown。
   9. 装入浓缩透明液架。仪器将自动刷新并关闭。

图 3：自动粪便分析仪系统工作流程。请单击此处查看此图的较大版本。

3. 方法论评价

1. 检测时间的计算
   注：检测时间是通过记录每个测试程序的开始和结束时间来计算的。通过分析每种方法检测寄生虫的敏感性和特异性来比较测试结果。
   1. 直接湿涂片显微镜方法
      1. 对于每个粪便样本，测量捡起米粒大小的粪便并将其均匀分布在载玻片上所需的时间。
      2. 测量读取每个参与者的结果所花费的时间。
      3. 添加每个参与者的拭子和读取时间。
      4. 将步骤 3.1.1.3 的总和乘以参与者人数，得到直接湿涂片显微镜方法 （T₁） 的总测试时间。
      5. 将步骤 3.1.1.4 中的 T₁ 除以测试的样品数量，以获得直接湿涂片显微镜方法 （t₁） 的平均测试时间。
   2. 自动粪便分析仪（AI 报告）
      注意：该过程可以由一个人执行。
      1. 测量每个样本的自动粪便分析仪测试时间 （T₂）。
      2. 将 T₂ 除以测试的样本数，得到自动粪便分析仪（AI 报告）（t₂） 的平均测试时间。
   3. 自动粪便分析仪（用户审计）
      1. 测量每个样品的自动粪便分析仪测试时间（参见步骤 3.1.2）。
      2. 测量每个样品的手动图像审查时间。一旦开始查看自动粪便分析仪从样本中捕获的图像，就启动计时器（秒表或数字计时器）。仔细检查图像以识别任何相关组件或异常。该样品的审查完成后停止计时器，记下每次样品审查所花费的时间，并将数据输入电子表格以供进一步分析。
      3. 为每个样品添加自动粪便分析仪测试时间和手动图像查看时间。
      4. 将步骤 3.1.3.3 的总和乘以参与者人数，得到自动粪便分析仪（用户审计）（T₃）的总测试时间。
      5. 将 T₃ 除以测试的样本数，得到自动粪便分析仪的平均测试时间（用户审计）（t₃）。
2. 测试结果比较
   注意：使用直接湿涂片法作为基准，评估了自动粪便分析仪 AI 生成报告的性能和用户审计结果。
   1. 收集直接湿涂片显微镜方法的结果，该方法将用作基准。
   2. 从自动粪便分析仪的 AI 生成的报告中收集结果。
   3. 收集自动粪便分析仪的用户审计结果。
3. 计算评估指标。
   1. 当自动粪便分析仪（AI 报告或用户审计）和直接湿涂片显微镜方法的结果都表明存在目标分析物时，将样品视为真阳性 （TP）。
   2. 当自动粪便分析仪（AI 报告或用户审计）和直接湿涂片显微镜方法的结果都表明不存在目标分析物时，将样品视为真阴性 （TN）。
   3. 当自动粪便分析仪的 AI 报告或用户审计表明存在目标分析物，但直接湿涂片显微镜方法无法确认其存在时，将样品视为假阳性 （FP）。
   4. 当自动粪便分析仪的 AI 报告或用户审计表明不存在目标分析物，而直接湿涂片显微镜方法实际检测到其存在时，将样品视为假阴性 （FN）。
   5. 按如下方式计算特异性：
      特异性 = 真阴性 （TN） / （真阴性 + 假阳性）
   6. 按如下方式计算敏感度。
      灵敏度 = 真阳性 （TP） / （真阳性 + 假阴性）
   7. 按如下方式计算阳性预测值 （PPV）：
      PPV = 真阳性 （TP） / （真阳性 + 假阳性）
   8. 按如下方式计算阴性预测值 （NPV）：
      NPV = 真阴性 （TN） / （真阴性 + 假阴性）
   9. 使用统计软件计算 Kappa 值。
   10. 按如下方式计算合规率：
       合规率 = 协议（AI 和用户报告都与基准匹配）/ 总样本数。
   11. 阳性检出率计算如下：
       阳性检出率 = 阳性数 / 总样本数。

4. 分析结果

1. 在电子表格中输入数据并对其进行统计分析。
2. 对于计数数据，请使用 比率 和 比例 进行描述，并使用成对的四尾卡方检验在组之间进行比较。
3. 使用独立样本 T 检验比较两种方法之间的平均检测时间。
4. 通过 Kappa （κ） 协议评估技术之间寄生虫物种检测的一致性。
5. 认为 P < 0.05 具有统计显著性。

结果

三种检测方法的检测时间比较
直接湿涂片显微镜检查方法的平均检测时间为每人每个样本 1.55 分钟，自动粪便分析仪（AI 报告）每人每个样本 1.30 分钟，自动粪便分析仪每人每个样本 1.47 分钟（用户审计）。与自动粪便分析仪（AI 报告）相比，直接湿涂片显微镜方法需要 1.1 倍的持续时间 （t = 2.442，P = 0.020 ）。相反，自动粪便分析仪（用户审计）和直接湿涂片显微镜检查方法具有相似的持续时间 （t = 0.048，P = 0.962，表 1）。

三种方法检测结果对比
直接湿涂片显微镜方法鉴定出 51 个阳性寄生虫卵样本和 2,254 个阴性样本，检出率为 2.21%。自动粪便分析仪 （AI 报告） 检测到 72 个阳性样本，检出率为 3.12%。手动审查和纠正自动粪便分析仪的结果导致鉴定出 55 个阳性样本，尽管 17 个是假阳性（表 2

讨论

寄生虫病是一个重大的全球公共卫生问题¹²，特别是在发展中国家，它们会导致营养不良、发育迟缓、贫血和胆道梗阻等健康问题¹³，并且还与社会经济发展和教育不足有关。寄生虫粪便检测已成为临床实践的常规部分，准确性、速度和效率是此类检测的关键要求。

寄生虫检测采用显微镜、成像、血清学和分子技术等多种方法。ELISA 提供血清学诊断，但灵敏度较低⁵.分子方法在灵敏度和特^异性方面表现出色6，但对于常规筛选来说很复杂且成本高昂。粪便样本中的直接卵子鉴定可确诊，Kato-Katz 是一种具有成本效益的传统方法 ^7,8，尽管对于大规模筛查来说很费力。为了负担得起，初级保健通常使用直接涂片显微镜检查，但这非常耗时，存在生物安全风险，并且依赖于测试人员的专业知识^9<...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
自动粪便分析仪 （FA280S） 软件	ORIENTER	v.1.028（RecoV2.9.14）	自动粪便分析仪 （FA280S） 系统软件
浓缩清洗液	ORIENTER		适用于管道清洁
盖 GLASS	SAIL BRAND		保护标本免受损坏和污染。
一次性使用塑料吸管	南通凌科生物科技		一次性使用塑料吸管用于吸取生理盐水
FA280S	ORIENTER	A022201035	全自动粪便分析仪
液	ORIENTER	Q/WWT-019-2021	冲洗管道全自动粪便分析仪生产
显微镜	OLYMPUS	3H51278	细胞观察
显微镜载玻片		WS-7101	它们提供了一个稳定、平坦的表面，用于安装标本，以便在显微镜下进行检查。
样品稀释剂	ORIENTER	四川荣机械 20150025	适用于粪便样本的稀释
样品架	ORIENTER		装载架
样品管	ORIENTER	四川荣机械 20200204	粪便收集器
Chloeide 钠注射液	广东大祥药业有限公司	H14020786	稀释
SPSS 统计软件	IBM	SPSS Statistics 22.0	适用于各种研究和分析任务
木棒			用于挑选适量粪便样本的一次性木棍。