Методическая статья

Сравнительный анализ автоматического анализатора кала с прямой микроскопией влажного мазка для выявления паразитарных инфекций в образцах кала

DOI:

10.3791/67706

⸱

25 апреля 2025 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Laboratory Medicine, Guangdong Provincial People's Hospital (Guangdong Academy of Medical Sciences), Southern Medical University

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Глобально, кишечные паразитарные заболевания сохраняются как существенная проблема общественного здравоохранения, преимущественно в развивающихся странах. Исторические данные Комиссии по здравоохранению и социальному обеспечению Китайской Народной Республики показывают заметное снижение уровня заражения с 62,63% в 1992 году до 5,96% в 2015 году1,2,3. Несмотря на резкое снижение1, со взвешенной национальной распространенностью 0,47% и примерно 5,98 миллионами инфицированных людей3, распространенность инфекции Clonorchis sinensis среди населения Гуандуна 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 точных методов диагностики.

Диагностика паразитарных заболеваний может быть достигнута с помощью микроскопического исследования, медицинской визуализации, серологических и молекулярных методов. Серологический анализ с использованием иммуноферментного анализа (ИФА) полезен в диагностике паразитарных заболеваний, но чувствительность умеренная, примерно 80%5. Методы молекулярно-биологической диагностики обладают высокой чувствительностью и специфичностью6, но они затруднены громоздкими, трудоемкими операциями и высокими затратами на тестирование, что делает их непригодными для крупномасштабных рутинных испытаний.

Обнаружение яиц C. sinensis в кале пациента является основанием для подтверждения диагноза. Метод Като-Каца, который ищет яйца C. sinensis, является классическим методом, обычно используемым для диагностики паразитарных заболеваний7,8. Несмотря на свою недороговизну, она отнимает много времени, трудоемка и не подходит для клинической практики в условиях большого объема образцов, подлежащих скринингу. В большинстве больниц первичного образования в настоящее время используется метод прямой микроскопии влажного мазка. Тем не менее, этот метод по-прежнему занимает много времени и труда, имеет неприятный запах фекалий, подвержен перекрестному загрязнению, высоким рискам биобезопасности и результатам, которые зависят от опыта и усердия испытательного персонала9.

Традиционные методы диагностики, хотя и ценные, сталкиваются с ограничениями в чувствительности и практичности. Тем не менее, с развитием науки и техники, тестирование кала становится все более автоматизированным и стандартизированным. Автоматизированные приборы, использующие методы на основе цифровых изображений для количественного обнаружения паразитов или яиц паразитов в фекалиях, набирают популярность в клинических лабораториях. Они обладают такими преимуществами, как простота в эксплуатации, быстрое обнаружение, чистая и гигиеничная рабочая среда, а также высокая чувствительность и специфичность. Автоматический анализатор кала использует технологию цифровой обработки изображений для документирования микроскопических наблюдений путем получения серии цифровых фотографий с малым и большим увеличением с помощью микроскопа и его встроенной цифровой системы обработки изображений. Затем система передает эти изображения в компьютерную систему обработки данных, которая идентифицирует и анализирует их соответствующим образом. В последнее время мы попытались диагностировать спектр паразитарных инфекций, сосредоточившись на обнаружении паразитов и их яиц в образцах кала. Положительные образцы идентифицируются по наличию их морфологических признаков. Мы оценили автоматический анализатор кала для обнаружения паразитов в образцах кала 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 блоков, включая блок автоматического отбора проб, блок отбора проб для отбора проб, блок для наблюдения за характеристиками образцов и цветом, блок камеры и блок карты реагентов (Рисунок 1).

figure-introduction-1
Рисунок 1: Компоненты инструмента. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

В этом исследовании 2 305 образцов свежего стула из стационарных пациентов Народной больницы провинции Гуандун в июле 2024 года были оценены двойным слепым образом с использованием автоматического анализатора кала и метода прямой микроскопии влажного мазка (Рисунок 2). Одна группа проводила тесты с использованием метода микроскопии прямого влажного мазка, в то время как другая использовала автоматический анализатор кала с отчетом, сгенерированным искусственным интеллектом. После документирования результатов из каждой группы третья группа экспериментаторов вручную просматривала изображения, полученные автоматическим анализатором. Они тщательно изучали изображения с подозрением на паразитов или яйца, изображения, которые отклонились от автоматического анализа, размытые или отсутствующие изображения, а также изображения со сложным фоном, содержащие чрезмерное количество остатков. Этот процесс включал в себя корректировку результатов, которые затем назывались аудитом пользователей Автоматического анализатора кала. В конечном счете, четвертый человек обобщил и проанализировал полученные результаты. Эффективность полностью автоматизированных инструментов для анализа кала оценивалась с помощью двойного слепого обнаружения паразитов/яиц, сравнивая время обнаружения и результаты по трем методологиям.

figure-introduction-2
Рисунок 2: Схематическое изображение 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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Это исследование было одобрено Комитетом по этической экспертизе Народной больницы провинции Гуандун, Южный медицинский университет, Гуанчжоу, Китай (номер одобрения: KY2024-445-02). Перед зачислением все участники подписали письменное информированное согласие. Реагенты и оборудование, использованные для исследования, перечислены в Таблице материалов.

1. Коллекция образцов

  1. Используйте пробирки для сбора образцов производителя автоматического анализатора кала, гарантируя, что они закрыты, герметичны, чисты, сухие, не протекают, а также имеют соответствующее отверстие и объем для многоточечного отбора проб.
  2. Отбирайте как можно больше свежих аномальных фекалий, содержащих слизь, гной или кровь, с целевым количеством примерно 0,5 г. Когда кал разбавлен или водянистый, используйте одноразовую пипетку, чтобы собрать необходимый объем образца.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Необходимо соблюдать осторожность для предотвращения загрязнения всех образцов кала, взятых не пациентами. Это включает, помимо прочего, фекалии из клизм или слабительных на масляной основе, образцы из кастрюль или туалетов, фекалии, загрязненные растениями, почвой, сточными водами, дезинфицирующими средствами, моющими средствами, мочой, менструальной кровью или белями.

2. Методы тестирования кала

  1. Метод микроскопии прямого влажного мазка10,11
    1. Нанесите 1-2 капли солевого раствора на чистое предметное стекло микроскопа.
    2. Возьмите небольшой образец из аномального участка или из нескольких участков кала для смазывания.
    3. Равномерно распределите образец на предметном стекле. Отрегулируйте толщину мазка, чтобы обеспечить видимость деталей.
    4. Наденьте на мазок защитный листок, избегая образования пузырьков воздуха.
    5. Сканирование более 10 полей зрения при малом увеличении (10x). При обнаружении яиц паразитов или паразитов переключитесь на большое увеличение (40x) для детального морфологического наблюдения.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуется исследовать слайд с малым увеличением в последовательности «зубчатых стен», чтобы свести к минимуму риск промахов.
  2. Автоматический анализатор кала (Рисунок 3)
    1. Включите компьютер и анализатор, нажмите для запуска программного обеспечения, введите логин и логин и дождитесь, пока прибор выполнит самопроверку.
    2. Соберите соответствующий кал с помощью соответствующей пробирки для сбора проб.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Предпочтительным образцом являются свежие патологические каловые массы, содержащие слизь, гной или кровь весом около 0,5 г.
    3. Поместите пробирку для сбора проб в держатель для образцов анализатора, поместите штатив для образцов на автоматическое входное отверстие для образцов и нажмите кнопку «Пуск» для первого теста после самопроверки.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Последующие тесты будут автоматически обнаруживаться и проводиться прибором. Робот-прибор сфотографирует образец для документирования.
    4. Добавьте 5 мл разбавителя в пробирку с образцом, хорошо перемешайте пневматическим перемешиванием и дайте образцу отстояться перед анализом.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Пробирка для сбора образцов облицована специальным фильтром для удаления остатков, не имеющих патологического значения, таких как большое количество растительных волокон, семян и непереваренных остатков пищи.
    5. Позвольте образцу поступать в счетную ячейку для анализа, где анализатор будет получать микроскопические изображения с высоким разрешением под микроскопом, а программное обеспечение будет обрабатывать и распознавать изображения.
    6. Переключитесь на интерфейс «Результаты», проверьте изображения испытаний и отправьте результат в систему управления лабораторной информацией (ЛИС) или распечатайте их.
    7. Нажмите Стоп, чтобы завершить тест.
    8. Выберите Flush and Shutdown (Очистить и выключить).
    9. Загрузите в штатив концентрированную прозрачную жидкость. Прибор автоматически промывается и выключается.

figure-protocol-1
Рисунок 3: Автоматизированный рабочий процесс системы анализа кала. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

3. Методологическая оценка

  1. Расчет времени обнаружения
    ПРИМЕЧАНИЕ: Время обнаружения рассчитывалось путем записи времени начала и окончания каждой процедуры испытания. Результаты тестов сравнивали путем анализа чувствительности и специфичности каждого метода в выявлении паразитов.
    1. Метод прямой микроскопии с влажным мазком
      1. Для каждого образца кала измерьте время, затраченное на сбор фекалий размером с рисовое зерно, и равномерно распределите их на предметном стекле
        2. .
      2. Измерьте время, затраченное на чтение результатов для каждого участника.
      3. Добавьте время взятия мазка и чтения для каждого участника.
      4. Умножьте сумму из шага 3.1.1.3 на количество участников, чтобы получить общее время теста для метода микроскопии прямого влажного мазка (T1).
      5. Разделите T1 из шага 3.1.1.4 на количество протестированных образцов, чтобы получить среднее время испытания для метода микроскопии прямого влажного мазка (t1).
    2. Автоматический анализатор кала (отчет AI)
      ПРИМЕЧАНИЕ: Процесс может быть выполнен одним человеком.
      1. Измерьте время испытания автоматическим анализатором кала для каждого образца (T2).
      2. Разделите t2 на количество протестированных образцов, чтобы получить среднее время тестирования для автоматического анализатора кала (AI Report) (t2).
    3. Автоматический анализатор кала (аудит пользователя)
      1. Измерьте время тестирования Автоматического анализатора кала для каждого образца (см. шаг 3.1.2).
      2. Измерьте время ручного просмотра изображений для каждого образца. Запустите таймер (секундомер или цифровой таймер), как только начнется просмотр изображений, полученных автоматическим анализатором кала из образца. Внимательно изучите изображения, чтобы выявить любые соответствующие компоненты или аномалии. Остановите таймер после завершения проверки этого образца, запишите время, затраченное на каждый обзор образца, и введите данные в электронную таблицу для дальнейшего анализа.
      3. Добавьте время тестирования Automatic Fecal Analyzer и время ручного просмотра изображений для каждого образца.
      4. Умножьте сумму из пункта 3.1.3.3 на количество участников, чтобы получить общее время тестирования Автоматического анализатора кала (аудит пользователя) (T3).
      5. Разделите t3 на количество протестированных образцов, чтобы получить среднее время тестирования для автоматического анализатора кала (аудит пользователя) (t3).
  2. Сравнение результатов испытаний
    ПРИМЕЧАНИЕ: Производительность отчета, созданного искусственным интеллектом Автоматического анализатора кала, и результаты аудита пользователей оценивались с использованием метода прямого влажного мазка в качестве эталона.
    1. Соберите результаты с помощью метода прямой мокрой микроскопии, который будет служить эталоном.
    2. Соберите результаты из отчета автоматического анализатора кала, созданного искусственным интеллектом.
    3. Соберите результаты пользовательского аудита автоматического анализатора кала.
  3. Рассчитайте метрики оценки.
    1. Считайте, что образец является истинно положительным (TP), когда результаты автоматического анализа кала (отчет AI или аудит пользователя) и метода прямой мокрой микроскопии указывают на наличие целевого аналита.
    2. Считайте, что образец имеет истинно отрицательный результат (TN), когда результаты автоматического анализа кала (отчет AI или аудит пользователя) и метод микроскопии прямого влажного мазка указывают на отсутствие целевого аналита.
    3. Считать образец ложноположительным (FP), если в отчете AI или пользовательском аудите автоматического анализатора кала указано наличие целевого аналита, но метод микроскопии прямого влажного мазка не подтверждает его наличие.
    4. Считайте, что образец является ложноотрицательным (FN), когда отчет AI или пользовательский аудит автоматического анализатора кала указывают на отсутствие целевого аналита, в то время как метод прямой мокрой микроскопии фактически обнаруживает его наличие.
    5. Вычислите специфичность следующим образом:
      Специфичность = Истинно отрицательные (TN) / (Истинно отрицательные + ложноположительные)
    6. Рассчитайте чувствительность следующим образом.
      Чувствительность = Истинно положительные результаты (TP) / (Истинно положительные + Ложноотрицательные результаты)
    7. Рассчитайте положительную прогностическую ценность (PPV) следующим образом:
      PPV = Истинно положительные результаты (TP) / (Истинные положительные + Ложные срабатывания)
    8. Рассчитайте отрицательную прогностическую ценность (NPV) следующим образом:
      NPV = истинно отрицательные результаты (TN) / (истинно отрицательные результаты + ложноотрицательные результаты)
    9. Рассчитайте значение Каппа с помощью статистического программного обеспечения.
    10. Рассчитайте коэффициент соответствия следующим образом:
      Уровень соответствия = Соглашения (и ИИ, и отчет пользователя соответствуют эталону) / Общее количество образцов.
    11. Вычислите коэффициент положительного обнаружения следующим образом:
      Коэффициент положительного обнаружения = Количество положительных результатов / Общее количество образцов.

4. Анализируем результаты

  1. Вносите данные в таблицы и анализируйте их статистически.
  2. Для подсчета данных используйте коэффициенты и пропорции для описания и сравнивайте между группами с помощью парного четыреххвостого критерия хи-квадрат.
  3. Сравните среднее время обнаружения между двумя методами с помощью Т-критерия независимых образцов.
  4. Оцените согласованность в выявлении видов паразитов между методами с помощью соглашения Каппа (κ).
  5. Считайте, что P < 0,05 является статистически значимым.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Сравнение времени обнаружения между тремя методами обнаружения
Среднее время обнаружения составило 1,55 минуты на человека на образец для метода прямой влажной микроскопии, 1,30 минуты на человека на образец для автоматического анализатора кала (отчет AI) и 1,47 минуты на человека на образец для автоматического анализатора кала (аудит пользователя). Метод прямой микроскопии влажного мазка требовал в 1,1 раза больше времени по сравнению с автоматическим анализатором кала (отчет AI) (t = 2,442...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

У авторов нет конфликта интересов, о котором можно было бы заявить.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Программное обеспечение автоматического анализатора кала (FA280S)ORIENTERv.1.028(RecoV2.9.14)Программное обеспечение системы автоматического анализатора кала (FA280S)
Концентрированная чистящая жидкостьORIENTERПодходит для очистки трубопроводов
Крышка СТЕКЛОПАРУС МАРКАЗащитите образец от повреждений и загрязнения.
Одноразовая пластиковая соломинкаNantong Lingke BiotechnologyОдноразовая пластиковая соломинка, используемая для аспирации физиологического раствора
FA280SORIENTERA022201035Полностью автоматический анализатор кала
Промывочная жидкостьORIENTERQ/WWT-019-2021Промывочный трубопровод полностью автоматического анализатора кала произведен 
МикроскопOLYMPUS3H51278Наблюдение за клетками
Предметные стекла микроскопаWS-7101Они обеспечивают устойчивую, плоскую поверхность для крепления образцов для изучения под микроскопом.
Разбавитель пробORIENTERSichuan Rong Machinery 20150025подходит для разбавления образцов кала
Штатив для образцовORIENTERЗагрузочные стенды
Пробирка для образцовORIENTER SichuanRong Machinery 20200204Сборник фекалий
Впрыск хлоида натрияGuangdong Daxiang Pharmaceutical Co.H14020786Разбавление
Статистическое программное обеспечение SPSSIBMSPSS Statistics 22.0Подходит для различных исследовательских и аналитических задач
Деревянная палочкаОдноразовая деревянная палочка, используемая для отбора соответствующего количества образца кала.

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Koontz, F., Weinstock, J. V. The approach to stool examination for parasites. Gastroenterol Clin North Am. 25 (3), 435-449 (1996).
  8. 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).
  9. Dacal, E., Köster, P. C., Carmena, D. Diagnóstico molecular de parasitosis intestinales. Enferm Infecc Microbiol Clin. 38 (1), 24-31 (2020).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Fairweather, I., et al. Drug resistance in liver flukes. Int J Parasitol Drugs Drug Resist. 12, 39-59 (2020).
  13. 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

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи