Le infezioni parassitarie rappresentano una sfida significativa per la salute pubblica, specialmente nei paesi e nelle regioni in via di sviluppo. Questo studio confronta un analizzatore fecale automatico per valutarne l'efficacia diagnostica con quella del tradizionale metodo di microscopia diretta a striscio umido.
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Articolo metodologico
Analisi comparativa dell'analizzatore fecale automatico rispetto alla microscopia diretta a striscio umido per rilevare infezioni parassitarie in campioni di feci
* These authors contributed equally
In questo articolo
Sommario
Abstract
Con lo sviluppo socio-economico, la prevalenza delle malattie parassitarie intestinali è diminuita significativamente di anno in anno. Tuttavia, le infezioni parassitarie rimangono un importante problema di salute pubblica a livello globale, in particolare nei paesi e nelle regioni in via di sviluppo. La diagnosi e il trattamento tempestivi sono fondamentali per controllare la diffusione di queste malattie. Il tradizionale metodo di microscopia diretta a umido, sebbene ampiamente utilizzato, è laborioso, soggetto a contaminazione e dipende dalle competenze del tecnico. Questo articolo introduce un analizzatore fecale automatico, che automatizza l'elaborazione del campione di feci, offrendo vantaggi rispetto al tradizionale metodo di microscopia diretta a striscio umido, come la facilità d'uso, il rilevamento rapido, un ambiente di lavoro pulito e igienico e un'elevata sensibilità e specificità, migliorando così l'efficienza e l'accuratezza diagnostica.
Abbiamo confrontato tre diversi metodi per l'analisi fecale: metodo di microscopia diretta a striscio umido, analizzatore fecale automatico (rapporto AI) e analizzatore fecale automatico (audit utente). Il rapporto AI utilizza l'analisi automatizzata delle immagini e gli algoritmi di apprendimento automatico per identificare componenti come parassiti e uova nei campioni fecali. Questo metodo è in grado di elaborare rapidamente un gran numero di campioni, aumentando l'efficienza. L'audit dell'utente utilizza anche un analizzatore fecale automatico, ma include una fase aggiuntiva di audit dell'utente. Tecnici esperti esaminano il rapporto AI per migliorare l'accuratezza e l'affidabilità dei risultati. L'analizzatore ha dimostrato una sensibilità dell'84,31% per i report AI e del 94,12% per gli audit degli utenti, insieme a una specificità del 98,71% per i report AI e del 99,69% per gli audit degli utenti, rendendolo uno strumento prezioso per la diagnosi clinica e il trattamento delle infezioni parassitarie.
Introduzione
A livello globale, le malattie parassitarie intestinali rimangono un problema significativo per la salute pubblica, prevalentemente nei paesi in via di sviluppo. Dati storici della Commissione per la Salute e il Benessere della Repubblica Popolare Cinese mostrano un marcato calo delle percentuali di infezione, passate dal 62,63% del 1992 al 5,96% del 20151,2,3. Nonostante il declino significativo1, con una prevalenza nazionale ponderata dello 0,47% e circa 5,98 milioni di individui infetti stimati3, la prevalenza dell'infezione da Clonorchis sinensis nella popolazione del Guangdong rimane notevolmente elevata, pari al 4,90%4. Aree specifiche come il Guangdong mostrano ancora tassi più alti di infezione da C. sinensis, a sottolineare la necessità di metodi diagnostici precisi.
La diagnosi delle malattie parassitarie può essere effettuata mediante esame microscopico, imaging medico, analisi sierologiche e metodi molecolari. L'analisi sierologica mediante saggio immunoenzimatico (ELISA) è utile nella diagnosi delle malattie parassitarie, ma la sensibilità è moderata, pari a circa l'80%5. Le tecniche diagnostiche di biologia molecolare presentano elevata sensibilità e specificità6, ma sono ostacolate da procedure complesse, lunghe e da costi elevati del test, rendendole inadatte per analisi di routine su larga scala.
La rilevazione delle uova di C. sinensis nelle feci del paziente costituisce la base per confermare la diagnosi. Il metodo del preparato spesso di Kato-Katz, che ricerca le uova di C. sinensis, è il metodo classico comunemente utilizzato per diagnosticare le malattie parassitarie7,8. Sebbene economico, è un metodo lungo e laborioso, inadatto alla pratica clinica quando si devono esaminare un elevato numero di campioni. Attualmente, la maggior parte degli ospedali di primo livello impiega il metodo della microscopia diretta con vetrino umido. Tuttavia, anche questo metodo è lungo e laborioso, presenta un odore fecale sgradevole, è soggetto a contaminazioni incrociate, comporta elevati rischi di biosicurezza e i risultati dipendono dall'esperienza e dall'accuratezza del personale addetto all'analisi9.
Le tecniche diagnostiche convenzionali, sebbene preziose, presentano limitazioni in termini di sensibilità e praticità. Tuttavia, grazie ai continui progressi della scienza e della tecnologia, i test su campioni fecali stanno diventando sempre più automatizzati e standardizzati. Negli ultimi tempi, negli laboratori clinici si sta diffondendo l'uso di strumenti automatizzati che impiegano metodi basati su immagini digitali per rilevare in modo quantitativo parassiti o uova di parassiti nelle feci. Questi strumenti offrono vantaggi come facilità d'uso, rilevamento rapido, ambiente di lavoro pulito e igienico, nonché elevata sensibilità e specificità. L'analizzatore fecale automatico utilizza la tecnologia di imaging digitale per documentare le osservazioni microscopiche, acquisendo una serie di fotografie digitali a basso e alto ingrandimento tramite il microscopio e il suo sistema integrato di imaging digitale. Il sistema trasmette quindi tali immagini a un sistema informatico di elaborazione dati, che le identifica e le analizza di conseguenza. Recentemente, abbiamo cercato di diagnosticare un'ampia gamma di infezioni parassitarie, concentrandoci sul rilevamento di parassiti e delle loro uova in campioni fecali. I campioni positivi vengono identificati in base alla presenza di caratteristiche morfologiche specifiche. Abbiamo valutato l'analizzatore fecale automatico per il rilevamento di parassiti in campioni fecali, confermandone il potenziale come metodo complementare rispetto alle tecniche convenzionali di microscopia. L'analizzatore fecale automatico è composto da un'unità principale e da un software associato che include diverse unità specializzate, tra cui un'unità di campionamento automatico, un'unità di campionamento con puntura, un'unità di osservazione delle caratteristiche e del colore del campione, un'unità della fotocamera e un'unità per schede reagenti (Figura 1).
Figura 1: Componenti dello strumento. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
In questo studio, 2.305 campioni di feci fresche provenienti da pazienti ricoverati presso l'Ospedale Provinciale del Popolo di Guangdong nel luglio 2024 sono stati valutati in modo doppio cieco utilizzando l'Analizzatore Fecale Automatico e il metodo di microscopia diretta in fresco (Figura 2). Un gruppo ha eseguito i test mediante microscopia diretta in fresco, mentre l'altro ha utilizzato un Analizzatore Fecale Automatico con relazione generata da intelligenza artificiale. Dopo aver documentato i risultati di ciascun gruppo, un terzo gruppo di sperimentatori ha esaminato manualmente le immagini acquisite dall'analizzatore automatico. Hanno verificato la presenza di parassiti o uova sospette, immagini discordanti rispetto all'analisi automatica, immagini sfocate o mancanti e quelle con sfondi complessi contenenti residui eccessivi. Questo processo ha comportato la correzione dei risultati, successivamente denominati verifica manuale dell'utente dell'Analizzatore Fecale Automatico. Infine, un quarto operatore ha sintetizzato e analizzato statisticamente i risultati. L'efficacia dello strumento fecale completamente automatizzato è stata valutata mediante rilevamento doppio cieco di parassiti/uova, confrontando il tempo di rilevamento e i risultati ottenuti con le tre metodologie.
Figura 2: Illustrazione schematica del piano di ricerca. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
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Protocollo
Lo studio è stato approvato dal Comitato per la Revisione Etica dell'Ospedale Provinciale di Guangdong, Università Medica del Sud, Guangzhou, Cina (numero di approvazione: KY2024-445-02). Tutti i partecipanti hanno firmato un consenso informato scritto prima dell'arruolamento. I reagenti e l'equipaggiamento utilizzati per lo studio sono elencati nella Tabella dei Materiali.
1. Raccolta del campione
- Utilizzare i tubi per la raccolta dei campioni del produttore dell'analizzatore fecale automatico, assicurandosi che siano provvisti di tappo, sigillabili, puliti, asciutti, privi di perdite e dotati di un'apertura e di un volume adeguati per il prelievo multipunto.
- Selezionare la maggior quantità possibile di materiale fecale anomalo fresco, contenente muco, pus o sangue, con una quantità target di circa 0,5 g. Quando le feci sono diluite o acquose, utilizzare una pipetta monouso per raccogliere il volume campione necessario.
NOTA: È necessario prestare attenzione per evitare contaminazioni provenienti da tutti i campioni fecali non appartenenti al paziente. Ciò include, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, feci provenienti da clisteri o lassativi a base oleosa, campioni raccolti da padelle per letto o da water, feci contaminate da piante, suolo, acque reflue, disinfettanti, detergenti, urine, sangue mestruale o leucorrea.
2. Metodi di analisi delle feci
- Metodo di microscopia diretta con striscio umido10,11
- Applicare 1-2 gocce di soluzione salina su un vetrino pulito.
- Prelevare un piccolo campione dall'area anomala o da diverse aree delle feci per lo striscio.
- Stendere il campione uniformemente sul vetrino. Regolare lo spessore dello striscio per garantire la visibilità dei dettagli.
- Posizionare un coprioggetto sopra lo striscio, evitando bolle d'aria.
- Esaminare più di 10 campi visivi a basso ingrandimento (10x). Se vengono rilevate uova di parassiti o parassiti, passare all'ingrandimento elevato (40x) per un'osservazione morfologica dettagliata.
NOTA: Si raccomanda un'esplorazione del vetrino a basso ingrandimento secondo una sequenza a "merli" per ridurre al minimo il rischio di omissioni.
- Analizzatore fecale automatico (Figura 3)
- Accendere il computer e l'analizzatore, fare clic per avviare il software, inserire nome utente e password per l'accesso e attendere che lo strumento esegua l'autodiagnosi.
- Raccogliere le feci idonee utilizzando il tubo di raccolta campione appropriato.
NOTA: Il campione preferito consiste in feci anormali fresche, contenenti muco, pus o sangue, del peso di circa 0,5 g. - Posizionare il tubo di raccolta del campione nel portacampioni dell'analizzatore, collocare il rack dei campioni sull'ingresso automatico dei campioni e fare clic su Avvia per il primo test dopo l'autodiagnosi.
NOTA: I test successivi verranno automaticamente rilevati ed eseguiti dallo strumento. Il robot dello strumento fotograferà il campione per documentazione. - Aggiungere 5 mL di diluente al tubo del campione, mescolare accuratamente mediante mescolamento pneumatico e lasciare sedimentare il campione prima dell'analisi.
NOTA: Il tubo di raccolta del campione è rivestito con un filtro speciale per rimuovere residui privi di significato patologico, come grandi quantità di fibre vegetali, semi e residui alimentari non digeriti. - Lasciare che il campione fluisca nella cella di conteggio per l'analisi, dove l'analizzatore acquisirà immagini microscopiche ad alta risoluzione e il software elaborerà e riconoscerà le immagini.
- Passare all'interfaccia Risultato, verificare le immagini del test e inviare il risultato al sistema informativo di laboratorio (LIS) o stamparle.
- Fare clic su Stop per terminare il test.
- Selezionare Svuota e Spegnimento.
- Caricare il rack del liquido concentrato di lavaggio. Lo strumento eseguirà automaticamente lo svuotamento e lo spegnimento.
Figura 3: Flusso di lavoro del sistema automatico di analisi delle feci. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
3. Valutazione metodologica
- Calcolo del tempo di rilevamento
NOTA: I tempi di rilevamento sono stati calcolati registrando l'orario di inizio e di fine di ciascuna procedura di test. I risultati dei test sono stati confrontati analizzando la sensibilità e la specificità di ciascun metodo nel rilevare i parassiti.- Metodo di microscopia diretta con striscio umido
- Per ogni campione fecale, misurare il tempo necessario per prelevare una quantità di feci delle dimensioni di un grano di riso e spargerla uniformemente su un vetrino.
- Misurare il tempo necessario per leggere i risultati per ogni partecipante.
- Sommare i tempi di preparazione dello striscio e di lettura per ogni partecipante.
- Moltiplicare la somma ottenuta al punto 3.1.1.3 per il numero di partecipanti per ottenere il tempo totale di test per il metodo di microscopia diretta con striscio umido (T1).
- Dividere T1 ottenuto al punto 3.1.1.4 per il numero di campioni analizzati per ottenere il tempo medio di test per il metodo di microscopia diretta con striscio umido (t1).
- L'analizzatore fecale automatico (rapporto AI)
NOTA: Il processo può essere eseguito da una singola persona.- Misurare il tempo di test dell'analizzatore fecale automatico per ciascun campione (T2).
- Dividere T2 per il numero di campioni analizzati per ottenere il tempo medio di test per l'analizzatore fecale automatico (rapporto AI) (t2).
- L'analizzatore fecale automatico (verifica da parte dell'utente)
- Misurare il tempo di test dell'analizzatore fecale automatico per ciascun campione (vedi punto 3.1.2).
- Misurare il tempo di revisione manuale delle immagini per ciascun campione. Avviare il cronometro (cronometro manuale o digitale) non appena inizia la revisione delle immagini acquisite dall'analizzatore fecale automatico relative a un campione. Esaminare attentamente le immagini per identificare eventuali componenti rilevanti o anomalie. Fermare il cronometro al termine della revisione per quel campione, annotare il tempo impiegato per ciascuna revisione e inserire i dati in un foglio elettronico per ulteriori analisi.
- Sommare il tempo di test dell'analizzatore fecale automatico e il tempo di revisione manuale delle immagini per ciascun campione.
- Moltiplicare la somma ottenuta al punto 3.1.3.3 per il numero di partecipanti per ottenere il tempo totale di test per l'analizzatore fecale automatico (verifica da parte dell'utente) (T3).
- Dividere T3 per il numero di campioni analizzati per ottenere il tempo medio di test per l'analizzatore fecale automatico (verifica da parte dell'utente) (t3).
- Metodo di microscopia diretta con striscio umido
- Confronto dei risultati dei test
NOTA: Le prestazioni del rapporto generato dall'AI dell'analizzatore fecale automatico e dei risultati della verifica da parte dell'utente sono state valutate utilizzando il metodo di striscio umido diretto come riferimento.- Raccogliere i risultati ottenuti con il metodo di microscopia diretta con striscio umido, che fungerà da riferimento.
- Raccogliere i risultati ottenuti dal rapporto generato dall'AI dell'analizzatore fecale automatico.
- Raccogliere i risultati ottenuti dalla verifica da parte dell'utente dell'analizzatore fecale automatico.
- Calcolo delle metriche di valutazione.
- Considerare un campione come Vero Positivo (VP) quando i risultati dell'analizzatore fecale automatico (rapporto AI o verifica da parte dell'utente) e del metodo di microscopia diretta con striscio umido indicano entrambi la presenza dell'analita bersaglio.
- Considerare un campione come Vero Negativo (VN) quando sia i risultati dell'analizzatore fecale automatico (rapporto AI o verifica da parte dell'utente) sia quelli del metodo di microscopia diretta con striscio umido indicano l'assenza dell'analita bersaglio.
- Considerare un campione come Falso Positivo (FP) quando il rapporto AI o la verifica da parte dell'utente dell'analizzatore fecale automatico indicano la presenza dell'analita bersaglio, ma il metodo di microscopia diretta con striscio umido non ne conferma la presenza.
- Considerare un campione come Falso Negativo (FN) quando il rapporto AI o la verifica da parte dell'utente dell'analizzatore fecale automatico indicano l'assenza dell'analita bersaglio, mentre il metodo di microscopia diretta con striscio umido lo rileva effettivamente.
- Calcolare la Specificità come segue:
Specificità = Veri Negativi (VN) / (Veri Negativi + Falsi Positivi) - Calcolare la Sensibilità come segue.
Sensibilità = Veri Positivi (VP) / (Veri Positivi + Falsi Negativi) - Calcolare il Valore Predittivo Positivo (VPP) come segue:
VPP = Veri Positivi (VP) / (Veri Positivi + Falsi Positivi) - Calcolare il Valore Predittivo Negativo (VPN) come segue:
VPN = Veri Negativi (VN) / (Veri Negativi + Falsi Negativi) - Calcolare il valore Kappa utilizzando un software statistico.
- Calcolare il tasso di conformità come segue:
Tasso di conformità = Accordi (sia il rapporto AI che quello dell'utente corrispondono al riferimento) / Campioni totali. - Calcolare il tasso di rilevamento positivo come segue:
Tasso di rilevamento positivo = Numero di positivi / Campioni totali.
4. Analizzare i risultati
- Inserire i dati in fogli elettronici e analizzarli statisticamente.
- Per i dati di conteggio, utilizzare tassi e proporzioni per la descrizione e confrontare tra i gruppi mediante il test chi-quadro a quattro code per campioni appaiati.
- Confrontare i tempi medi di rilevamento tra i due metodi utilizzando il test T per campioni indipendenti.
- Valutare la coerenza nel rilevamento delle specie parassitarie tra le tecniche attraverso l'indice di accordo Kappa (κ).
- Considerare un valore di P < 0,05 statisticamente significativo.
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Risultati
Confronto dei tempi di rilevamento tra i tre metodi di rilevamento
Il tempo medio di rilevamento è stato di 1,55 min per persona per campione con il metodo della microscopia diretta con striscio umido, di 1,30 min per persona per campione con l'analizzatore fecale automatico (rapporto AI) e di 1,47 min per persona per campione con l'analizzatore fecale automatico (verifica da utente). Il metodo della microscopia diretta con striscio umido ha richiesto una durata pari a 1,1 volte rispetto all'analizza...
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Discussione
Le malattie parassitarie rappresentano un problema significativo per la salute pubblica globale12, in particolare nei paesi in via di sviluppo, dove portano a problemi di salute come malnutrizione, arresto della crescita, anemia e ostruzione biliare13, e sono anche collegate a uno sviluppo socio-economico e a un'istruzione inadeguati. I test fecali per i parassiti sono diventati una parte di routine della pratica clinica, con precisione, velocità ed efficienza come requisit...
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato finanziato dalla National Natural Science Foundation of China (82002235, 82302571); Fondazione per la ricerca di base e applicata del Guangdong (2024A1515011037).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Software per analizzatore fecale automatico (FA280S) | ORIENTER | v.1.028(RecoV2.9.14) | Il software del sistema di analizzatore fecale automatico (FA280S) |
| Fluido detergente concentrato | ORIENTER | Adatto per la pulizia delle tubazioni | |
| Copertura MARCA | VELA | Proteggere il campione da danni e contaminazioni. | |
| Cannuccia di plastica monouso | Nantong Lingke Biotechnology | Cannuccia di plastica monouso utilizzata per l'aspirazione della soluzione fisiologica | |
| salina FA280S | ORIENTER | A022201035 | Analizzatore di feci completamente automatico |
| Fluido di lavaggio | ORIENTER | Q/WWT-019-2021 | Tubazione di lavaggio dell'analizzatore di feci completamente automatico prodotto |
| Microscopio | OLYMPUS | 3H51278 | Osservazione delle cellule |
| Vetrini per | WS-7101 | Forniscono una superficie stabile e piana per montare i campioni per l'esame al microscopio. | |
| Diluente del campione | ORIENTER | Sichuan Rong Machinery 20150025 | Adatto per la diluizione di campioni di feci |
| Rack del campione | ORIENTER | Rack di carico | |
| Tubo del campione | ORIENTER | Sichuan Rong Machinery 20200204 | Collettore fecale |
| Iniezione di cloeide di sodio | Guangdong Daxiang Pharmaceutical Co. | Diluizione | H14020786 |
| Software statistico SPSS | IBM | SPSS Statistics 22.0 | Adatto per una varietà di attività di ricerca e analisi |
| Bastone | di legno Un bastoncino di legno monouso utilizzato per prelevare una quantità appropriata di campione fecale. |
Riferimenti
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