Паразитарные инфекции представляют собой серьезную проблему для общественного здравоохранения, особенно в развивающихся странах и регионах. В этом исследовании сравнивается автоматический анализатор кала для оценки его диагностической эффективности с традиционным методом прямой микроскопии влажного мазка.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Сравнительный анализ автоматического анализатора кала с прямой микроскопией влажного мазка для выявления паразитарных инфекций в образцах кала
* These authors contributed equally
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
С социально-экономическим развитием распространенность кишечных паразитарных заболеваний значительно снижается из года в год. Тем не менее, паразитарные инфекции остаются серьезной проблемой общественного здравоохранения во всем мире, особенно в развивающихся странах и регионах. Своевременная диагностика и лечение имеют решающее значение для борьбы с распространением этих заболеваний. Традиционный метод прямой микроскопии влажного мазка, хотя и широко используется, является трудоемким, подвержен загрязнению и зависит от навыков лаборанта. В этой статье представлен автоматический анализатор кала, который автоматизирует обработку образцов кала, предлагая преимущества по сравнению с традиционным методом прямой влажной микроскопии, такие как простота в эксплуатации, быстрое обнаружение, чистая и гигиеничная рабочая среда, а также высокая чувствительность и специфичность, что повышает эффективность и точность диагностики.
Мы сравнили три разных метода анализа кала: метод прямой микроскопии влажного мазка, автоматический анализатор кала (отчет AI) и автоматический анализатор кала (аудит пользователя). В отчете ИИ используется автоматизированный анализ изображений и алгоритмы машинного обучения для идентификации таких компонентов, как паразиты и яйца в образцах фекалий. Этот метод позволяет быстро обрабатывать большое количество образцов, повышая эффективность. В пользовательском аудите также используется автоматический анализатор кала, но он включает в себя дополнительный этап пользовательского аудита. Опытные технические специалисты просматривают отчет ИИ для повышения точности и надежности результатов. Анализатор продемонстрировал чувствительность 84,31% для отчетов AI и 94,12% для пользовательских аудитов, а также специфичность 98,71% для AI отчетов и 99,69% для пользовательских аудитов, что делает его бесценным инструментом для клинической диагностики и лечения паразитарных инфекций.
Введение
В глобальном масштабе кишечные паразитарные заболевания остаются серьезной проблемой общественного здравоохранения, преимущественно в развивающихся странах. Исторические данные Комиссии по здравоохранению и социальному обеспечению Китайской Народной Республики свидетельствуют о заметном снижении уровня инфицирования с 62,63% в 1992 году до 5,96% в 2015 году1,2,3. Несмотря на резкое снижение1, при средневзвешенной национальной распространенности 0,47% и расчетном количестве инфицированных лиц около 5,98 миллиона3, распространенность инфекции Clonorchis sinensis среди населения провинции Гуандун остается заметно высокой и составляет 4,90%4. В отдельных регионах, таких как Гуандун, по-прежнему наблюдаются более высокие показатели инфицирования C. sinensis, что подчеркивает необходимость в точных методах диагностики.
Диагностика паразитарных заболеваний может быть осуществлена с помощью микроскопического исследования, медицинской визуализации, серологических и молекулярных методов. Серологический анализ с использованием иммуноферментного анализа (ELISA) полезен при диагностике паразитарных заболеваний, однако его чувствительность умеренна и составляет примерно 80%5. Диагностические методы молекулярной биологии обладают высокой чувствительностью и специфичностью6, но их применение затруднено громоздкими, трудоемкими операциями и высокой стоимостью анализа, что делает их непригодными для широкомасштабного рутинного тестирования.
Обнаружение яиц C. sinensis в фекалиях пациента является основанием для подтверждения диагноза. Метод толстого мазка по Като-Катцу, направленный на поиск яиц C. sinensis, представляет собой классический метод, обычно используемый для диагностики паразитарных заболеваний7,8. Несмотря на дешевизну, этот метод трудоемок, требует больших временных затрат и непригоден для клинической практики при большом объеме исследуемых образцов. В настоящее время большинство первичных лечебных учреждений используют метод прямой микроскопии нативных мазков. Однако данный метод также остается трудоемким и длительным, сопровождается неприятным запахом фекалий и подвержен перекрестному загрязнению, несет высокие риски биологической безопасности, а его результаты зависят от квалификации и тщательности работы персонала9.
Традиционные диагностические методы, несмотря на свою ценность, имеют ограничения по чувствительности и практичности. Однако благодаря постоянному развитию науки и техники анализ кала становится более автоматизированным и стандартизированным. В клинических лабораториях набирают популярность автоматические приборы, использующие методы цифрового анализа изображений для количественного обнаружения паразитов или их яиц в фекалиях. Они обладают такими преимуществами, как простота в эксплуатации, высокая скорость обнаружения, чистота и гигиеничность рабочей среды, а также высокая чувствительность и специфичность. Автоматический анализатор кала использует технологию цифровой визуализации для документирования микроскопических наблюдений путем получения серии цифровых фотографий с низким и высоким увеличением с помощью микроскопа и интегрированной системы цифровой визуализации. Затем система передает эти изображения в компьютерную систему обработки данных, которая соответствующим образом идентифицирует и анализирует их. Недавно мы провели попытки диагностики спектра паразитарных инфекций, сосредоточившись на обнаружении паразитов и их яиц в образцах кала. Положительные образцы определяются по наличию их морфологических характеристик. Мы оценили возможности автоматического анализатора кала по обнаружению паразитов в фекальных пробах и подтвердили его потенциал в качестве дополнения к традиционным методам микроскопии. Автоматический анализатор кала состоит из основного блока и сопутствующего программного обеспечения, включающего несколько специализированных узлов, в том числе узел автоматического отбора проб, узел пункционного отбора проб, узел наблюдения за характеристиками и цветом образца, блок камеры и блок карт-реагентов (Рисунок 1).
Рисунок 1: Компоненты прибора. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
В данном исследовании 2305 свежих образцов кала, полученных от стационарных больных провинциальной народной больницы Гуандуна в июле 2024 года, были оценены в двойном слепом режиме с использованием автоматического анализатора кала и метода прямой микроскопии нативного препарата (Рисунок 2). Одна группа проводила тесты методом прямой микроскопии нативного препарата, в то время как другая использовала автоматический анализатор кала с отчетом, созданным ИИ. После документирования результатов каждой группы третья группа экспериментаторов вручную просмотрела изображения, полученные с помощью автоматического анализатора. Они проверяли наличие подозрений на паразитов или яйца, изображения, расходящиеся с результатами автоматического анализа, размытые или отсутствующие изображения, а также изображения со сложным фоном, содержащим избыточный осадок. Этот процесс включал корректировку результатов, которая в дальнейшем была названа пользовательским аудитом автоматического анализатора кала. В конечном итоге четвертый специалист обобщил и статистически проанализировал полученные данные. Эффективность полностью автоматизированного оборудования для анализа кала оценивалась путем двойного слепого обнаружения паразитов/яиц с путем сравнения времени обнаружения и результатов трех методик.
Рисунок 2: Схематическая иллюстрация плана исследования. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Данное исследование было одобрено Комитетом по этической экспертизе провинциальной народной больницы Гуандуна при Южном медицинском университете (Гуанчжоу, Китай; номер одобрения: KY2024-445-02). Все участники подписали форму информированного письменного согласия перед включением в исследование. Реагенты и оборудование, использованные в исследовании, перечислены в Таблица материалов.
1. Сбор образцов
- Используйте пробирки для сбора образцов от производителя автоматического анализатора кала, убедившись, что они закрыты крышкой, герметичны, чисты, сухи, не имеют протечек, а также обладают подходящим отверстием и объемом для многоточечного отбора проб.
- Соберите как можно больше свежего патологического кала, содержащего слизь, гной или кровь, целевое количество — примерно 0.5 g. Если кал жидкий или водянистый, используйте одноразовую пипетку для сбора необходимого объема образца.
ПРИМЕЧАНИЕ: Необходимо принять меры для предотвращения загрязнения всех образцов кала, не принадлежащих пациенту. Сюда относятся, помимо прочего, кал после клизм или применения слабительных средств на масляной основе, образцы из суден или унитазов, а также кал, загрязненный растениями, почвой, сточными водами, дезинфицирующими средствами, моющими средствами, мочой, менструальной кровью или лейкореей.
2. Методы анализа кала
- Метод микроскопии «нативного» препарата (метод мазка-напрессовки)10,11
- Нанесите 1-2 капли физиологического раствора на чистый предметное стекло.
- Возьмите небольшой образец из патологического участка или из нескольких участков фекалий для приготовления мазка.
- Равномерно распределите образец по стеклу. Отрегулируйте толщину мазка, чтобы обеспечить видимость деталей.
- Накройте мазок покровным стеклом, избегая образования пузырьков воздуха.
- Просмотрите более 10 полей зрения при малом увеличении (10x). При обнаружении яиц или самих паразитов переключитесь на большое увеличение (40x) для детального морфологического исследования.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для минимизации риска пропуска объектов рекомендуется исследовать препарат при малом увеличении по методу «змейки» (последовательными параллельными линиями).
- Автоматический анализатор фекалий (Рисунок 3)
- Включите компьютер и анализатор, запустите программное обеспечение, введите имя пользователя и пароль, затем дождитесь завершения самодиагностики прибора.
- Соберите соответствующий образец фекалий, используя подходящую пробирку для сбора.
ПРИМЕЧАНИЕ: Предпочтительным образцом являются свежие патологические фекалии, содержащие слизь, гной или кровь, массой примерно 0.5 g. - Поместите пробирку с образцом в держатель анализатора, установите штатив с образцами в автоматический приемник и нажмите «Start» для начала первого теста после самодиагностики.
ПРИМЕЧАНИЕ: Последующие тесты будут автоматически обнаруживаться и проводиться прибором. Робот прибора сфотографирует образец для документации. - Добавьте 5 mL разбавителя в пробирку с образцом, тщательно перемешайте с помощью пневматического миксера и дайте образцу отстояться перед анализом.
ПРИМЕЧАНИЕ: Пробирка для сбора образцов оснащена специальным фильтром для удаления остатков, не имеющих патологического значения, таких как большое количество растительных волокон, семян и непереваренных остатков пищи. - Позвольте образцу поступить в счетную камеру для анализа, где анализатор сделает микроскопические изображения высокого разрешения, а программное обеспечение обработает и распознает их.
- Перейдите в интерфейс Result (Результат), проверьте изображения теста и отправьте результат в лабораторную информационную систему (LIS) или распечатайте их.
- Нажмите Stop (Стоп), чтобы завершить тестирование.
- Выберите «Flush» (Промывка) и «Shutdown» (Завершение работы).
- Загрузите штатив с концентрированным промывочным раствором. Прибор автоматически выполнит промывку и выключится.
Рисунок 3: Схема работы автоматизированной системы анализа кала. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
3. Методологическая оценка
- Расчет времени детекции
ПРИМЕЧАНИЕ: Время детекции рассчитывали путем фиксации времени начала и окончания каждой процедуры тестирования. Результаты тестов сравнивали путем анализа чувствительности и специфичности каждого метода выявления паразитов.- Метод микроскопии нативных мазков кала
- Для каждого образца кала измерьте время, затраченное на забор порции кала размером с рисовое зерно и ее равномерное распределение по предметному стеклу.
- Измерьте время, затраченное каждым участником на интерпретацию результатов.
- Сложите время нанесения мазка и время интерпретации для каждого участника.
- Умножьте сумму, полученную на этапе 3.1.1.3, на количество участников, чтобы получить общее время тестирования для метода микроскопии нативных мазков кала (T1).
- Разделите T1 из этапа 3.1.1.4 на количество протестированных образцов, чтобы получить среднее время тестирования для метода микроскопии нативных мазков кала (t1).
- Автоматический анализатор кала (отчет ИИ)
ПРИМЕЧАНИЕ: Процедура может выполняться одним человеком.- Измерьте время тестирования на автоматическом анализаторе кала для каждого образца (T2).
- Разделите T2 на количество протестированных образцов, чтобы получить среднее время тестирования для автоматического анализатора кала (отчет ИИ) (t2).
- Автоматический анализатор кала (аудит пользователя)
- Измерьте время тестирования на автоматическом анализаторе кала для каждого образца (см. этап 3.1.2).
- Измерьте время ручного анализа изображений для каждого образца. Запустите таймер (секундомер или цифровой таймер), как только начнется анализ изображений образца, полученных автоматическим анализатором кала. Внимательно изучите изображения для выявления любых соответствующих компонентов или отклонений. Остановите таймер по завершении анализа данного образца, запишите время, затраченное на анализ каждого образца, и введите данные в таблицу для дальнейшего анализа.
- Сложите время тестирования на автоматическом анализаторе кала и время ручного анализа изображений для каждого образца.
- Умножьте сумму, полученную на этапе 3.1.3.3, на количество участников, чтобы получить общее время тестирования для автоматического анализатора кала (аудит пользователя) (T3).
- Разделите T3 на количество протестированных образцов, чтобы получить среднее время тестирования для автоматического анализатора кала (аудит пользователя) (t3).
- Метод микроскопии нативных мазков кала
- Сравнение результатов тестов
ПРИМЕЧАНИЕ: Эффективность отчета ИИ автоматического анализатора кала и результаты аудита пользователя оценивали относительно метода микроскопии нативных мазков, принятого за эталон.- Соберите результаты метода микроскопии нативных мазков, который будет служить эталоном.
- Соберите результаты отчета ИИ автоматического анализатора кала.
- Соберите результаты аудита пользователя автоматического анализатора кала.
- Расчет показателей оценки.
- Образец считается истинно положительным (TP), если результаты автоматического анализатора кала (отчет ИИ или аудит пользователя) и метод микроскопии нативных мазков указывают на наличие целевого аналита.
- Образец считается истинно отрицательным (TN), если и результаты автоматического анализатора кала (отчет ИИ или аудит пользователя), и метод микроскопии нативных мазков указывают на отсутствие целевого аналита.
- Образец считается ложноположительным (FP), если отчет ИИ или аудит пользователя автоматического анализатора кала указывают на наличие целевого аналита, но метод микроскопии нативных мазков не подтверждает его наличие.
- Образец считается ложноотрицательным (FN), если отчет ИИ или аудит пользователя автоматического анализатора кала указывают на отсутствие целевого аналита, в то время как метод микроскопии нативных мазков фактически выявляет его наличие.
- Рассчитайте специфичность следующим образом:
Специфичность= Истинно отрицательные (TN) / (Истинно отрицательные + Ложноположительные) - Рассчитайте чувствительность следующим образом.
Чувствительность= Истинно положительные (TP) / (Истинно положительные + Ложноотрицательные) - Рассчитайте прогностическую значимость положительного результата (PPV) следующим образом:
PPV = Истинно положительные (TP) / (Истинно положительные + Ложноположительные) - Рассчитайте прогностическую значимость отрицательного результата (NPV) следующим образом:
NPV = Истинно отрицательные (TN) / (Истинно отрицательные + Ложноотрицательные) - Рассчитайте значение каппа с помощью статистического программного обеспечения.
- Рассчитайте коэффициент соответствия следующим образом:
Коэффициент соответствия = Совпадения (и отчет ИИ, и отчет пользователя совпадают с эталоном) / Общее количество образцов. - Рассчитайте частоту положительного выявления следующим образом:
Частота положительного выявления = Количество положительных результатов / Общее количество образцов.
4. Анализ результатов
- Введите данные в электронные таблицы и проведите их статистический анализ.
- Для количественных данных используйте показатели частоты и пропорции для описания, а сравнение между группами проводите с помощью парного четыреххвостого критерия хи-квадрат.
- Сравните среднее время обнаружения между двумя методами с помощью T-критерия для независимых выборок.
- Оцените согласованность определения видов паразитов между методами с помощью коэффициента согласованности Каппа (κ).
- Значение P < 0,05 считайте статистически значимым.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Сравнение времени обнаружения при использовании трех методов детекции
Среднее время детекции составило 1,55 мин на человека на образец для метода прямой микроскопии нативных мазков, 1,30 мин на человека на образец для автоматического анализатора кала (отчет ИИ) и 1,47 мин на человека на образец для автоматического анализатора кала (аудит пользователя). Метод прямой микроскопии нативных мазков потребовал в 1,1 раза больше времени по сравнению с автоматическим анализатором кала (отчет ИИ) (t =...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Паразитарные заболевания представляют собой серьезную глобальную проблему общественного здравоохранения12, особенно в развивающихся странах, где они приводят к таким проблемам со здоровьем, как недоедание, задержка роста, анемия и обструкция желчевыводящих путей13, а также связаны с недостаточным социально-экономическим развитием и образованием. Тестирование кала на паразитов стало рутинной частью клинической практики, при этом точность, скорость и эффективность являются кл...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
У авторов нет конфликта интересов, о котором можно было бы заявить.
Благодарности
Эта работа была профинансирована Национальным фондом естественных наук Китая (82002235, 82302571); Гуандунский фонд фундаментальных и прикладных фундаментальных исследований (2024A1515011037).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Программное обеспечение автоматического анализатора кала (FA280S) | ORIENTER | v.1.028(RecoV2.9.14) | Программное обеспечение системы автоматического анализатора кала (FA280S) |
| Концентрированная чистящая жидкость | ORIENTER | Подходит для очистки трубопроводов | |
| Крышка СТЕКЛО | ПАРУС МАРКА | Защитите образец от повреждений и загрязнения. | |
| Одноразовая пластиковая соломинка | Nantong Lingke Biotechnology | Одноразовая пластиковая соломинка, используемая для аспирации физиологического раствора | |
| FA280S | ORIENTER | A022201035 | Полностью автоматический анализатор кала |
| Промывочная жидкость | ORIENTER | Q/WWT-019-2021 | Промывочный трубопровод полностью автоматического анализатора кала произведен |
| Микроскоп | OLYMPUS | 3H51278 | Наблюдение за клетками |
| Предметные стекла микроскопа | WS-7101 | Они обеспечивают устойчивую, плоскую поверхность для крепления образцов для изучения под микроскопом. | |
| Разбавитель проб | ORIENTER | Sichuan Rong Machinery 20150025 | подходит для разбавления образцов кала |
| Штатив для образцов | ORIENTER | Загрузочные стенды | |
| Пробирка для образцов | ORIENTER Sichuan | Rong Machinery 20200204 | Сборник фекалий |
| Впрыск хлоида натрия | Guangdong Daxiang Pharmaceutical Co. | H14020786 | Разбавление |
| Статистическое программное обеспечение SPSS | IBM | SPSS Statistics 22.0 | Подходит для различных исследовательских и аналитических задач |
| Деревянная палочка | Одноразовая деревянная палочка, используемая для отбора соответствующего количества образца кала. |
Ссылки
- Yu, S., et al. Report on the first nationwide survey of the distribution of human parasites in China. 1. Regional distribution of parasite species. Zhongguo Ji Sheng Chong Xue Yu Ji Sheng Chong Bing Za Zhi. 12 (4), 241-247 (1994).
- Coordinating Office of the National Survey on the Important Human Parasitic Diseases. A national survey on current status of the important parasitic diseases in human population. Zhongguo Ji Sheng Chong Xue Yu Ji Sheng Chong Bing Za Zhi. 23 (5), 332-340 (2005).
- Yindan, C., et al. National survey on the current status of important human parasitic diseases in China in 2015. Chinese Journal of Parasitology and Parasitic Diseases. 38 (1), 5-16 (2020).
- Mengran, L., et al. A survey of epidemic status of principal human parasites in Guangdong Province in 2015. Chinese Journal of Endemiology. 37 (2), 144-148 (2018).
- Pacheco, F., et al. Specific IgG and IgA antibody reactivities in sera of children by enzyme-linked immunoassay and comparison with Giardia duodenalis diagnosis in feces. Ann Lab Med. 40 (5), 382-389 (2020).
- Rahman, S., et al. Application of a loop-mediated isothermal amplification (LAMP) assay targeting cox1 gene for the detection of Clonorchis sinensis in human fecal samples. PLoS Negl Trop Dis. 11 (10), e5995(2017).
- Koontz, F., Weinstock, J. V. The approach to stool examination for parasites. Gastroenterol Clin North Am. 25 (3), 435-449 (1996).
- Boonyong, S., et al. High-throughput detection of parasites and ova in stool using the fully automatic digital feces analyzer, orienter model fa280. Parasit Vectors. 17 (1), 13(2024).
- Dacal, E., Köster, P. C., Carmena, D. Diagnóstico molecular de parasitosis intestinales. Enferm Infecc Microbiol Clin. 38 (1), 24-31 (2020).
- Deka, S., et al. Comparison of diagnostic performance of single and multiple fecal sampling in the detection of soil-transmitted helminths in school-aged children[J]. J Parasit Dis. 45 (2), 324-329 (2021).
- Deka, S., Kalita, D., Hazarika, N. K. Prevalence and risk factors of intestinal parasitic infection in under-five children with malnutrition: A hospital based cross-sectional study. J Family Med Prim Care. 11 (6), 2794-2801 (2022).
- Fairweather, I., et al. Drug resistance in liver flukes. Int J Parasitol Drugs Drug Resist. 12, 39-59 (2020).
- Soares, F. A., et al. Detection of intestinal parasites in human faecal samples using dissolved air flotation. Trop Med Int Health. 27 (12), 1044-1052 (2022).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
