抗酸染色全自動(dòng)顯微掃描識(shí)別系統(tǒng)的臨床應(yīng)用評(píng)價(jià)

丁北川 周復(fù) 楊新宇 孟憲杰 易俊莉 葉健苗 武文清

抗酸染色顯微鏡檢因易于推廣并實(shí)施，且具有較高的效益成本比，廣泛用于結(jié)核病病原學(xué)檢查。然而，傳統(tǒng)的抗酸染色顯微鏡檢結(jié)果在各實(shí)驗(yàn)室間及專業(yè)技術(shù)人員間差異較大[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外利用機(jī)器視覺在細(xì)胞自動(dòng)識(shí)別和圖像分析方面開展了大量的研究，可對(duì)細(xì)胞進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)篩選的細(xì)胞檢測(cè)和圖像分析設(shè)備相繼推出[2-3]。在分枝桿菌抗酸染色檢測(cè)方面的相應(yīng)設(shè)備主要包括兩個(gè)系統(tǒng)：一是實(shí)現(xiàn)涂片視野掃描自動(dòng)調(diào)焦顯微放大獲取圖像的平臺(tái)系統(tǒng)；另一部分是通過判讀軟件實(shí)現(xiàn)抗酸染色顯微圖像自動(dòng)識(shí)別[4]。筆者選取肺結(jié)核患者的痰液標(biāo)本，應(yīng)用抗酸染色全自動(dòng)顯微掃描系統(tǒng)(AFB-AS)進(jìn)行檢測(cè)，以了解其應(yīng)用效果。

對(duì)象和方法

一、 研究對(duì)象

搜集2019年1月至8月于北京結(jié)核病控制研究所確診的462例肺結(jié)核患者作為研究對(duì)象，每例患者留取3份初診痰液標(biāo)本，共計(jì)1386份，均進(jìn)行抗酸染色。每例患者選取2份痰液標(biāo)本進(jìn)行分枝桿菌分離培養(yǎng)，共計(jì)完成924份；其中1份同時(shí)進(jìn)行GeneXpert MTB/RIF(簡(jiǎn)稱“Xpert”)檢測(cè)，共計(jì)完成462份。

二、 實(shí)驗(yàn)方法

(一)抗酸染色

參照《結(jié)核病實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)規(guī)程》[5]，完成玻片制備和萋-尼抗酸染色操作。

1.傳統(tǒng)抗酸染色檢查：使用油鏡(100×；顯微鏡型號(hào)：OLYMPUS CX41) 閱片。陰性結(jié)果及陽性結(jié)果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：(1)抗酸桿菌陰性：連續(xù)觀察300個(gè)不同視野，未發(fā)現(xiàn)抗酸桿菌。(2)抗酸桿菌陽性：①抗酸桿菌菌數(shù)為1～8條/300個(gè)視野；②抗酸桿菌陽性(1+)：3～9條/100個(gè)視野，連續(xù)觀察300個(gè)視野；③抗酸桿菌陽性(2+)：1～9條/10個(gè)視野，連續(xù)觀察100個(gè)視野；④抗酸桿菌陽性(3+)：每個(gè)視野1～9條；⑤抗酸桿菌陽性(4+)：每個(gè)視野≥10條。

2.AFB-AS：依照系統(tǒng)使用說明(杭州上池科技有限公司提供，型號(hào)：MSS-TB-04)，按照傳統(tǒng)抗酸染色鏡檢和結(jié)果報(bào)告模式，每張待檢玻片設(shè)定300個(gè)連續(xù)視野進(jìn)行掃描。記錄下列數(shù)據(jù)：(1)不經(jīng)技術(shù)人員復(fù)核，顯微圖像經(jīng)系統(tǒng)軟件自動(dòng)判定為陰性或陽性；(2)技術(shù)人員通過觀察顯微圖像的方式，對(duì)系統(tǒng)軟件提示“陽性”的圖像進(jìn)行復(fù)核后判讀結(jié)果。

3.質(zhì)量控制：傳統(tǒng)抗酸桿菌染色檢查報(bào)告和AFB-AS檢驗(yàn)報(bào)告由專業(yè)技術(shù)人員采用雙盲法判讀。

(二)培養(yǎng)及核酸檢測(cè)

按照《結(jié)核病實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)規(guī)程》[5]，使用羅氏培養(yǎng)基完成痰標(biāo)本分枝桿菌分離培養(yǎng)。使用Xpert進(jìn)行結(jié)核分枝桿菌(MTB)核酸檢測(cè)。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)數(shù)資料以“百分率(%)”描述，組間差異的比較采用χ2檢驗(yàn)，以P<0.01為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以分枝桿菌分離培養(yǎng)結(jié)果為參照，分析不同方法檢測(cè)肺結(jié)核患者痰涂片抗酸桿菌染色的效能，計(jì)算公式：敏感度(%)=真陽性例數(shù)/(真陽性例數(shù)+假陰性例數(shù))×100%；特異度(%)=真陰性例數(shù)/(真陰性例數(shù)+假陽性例數(shù))×100%；陽性預(yù)測(cè)值(%)=真陽性例數(shù)/(真陽性例數(shù)+假陽性例數(shù))×100%；陰性預(yù)測(cè)值(%)=真陰性例數(shù)/(真陰性例數(shù)+假陰性例數(shù))×100%。方法間一致性檢驗(yàn)采用Kappa檢驗(yàn)，Kappa值>0.80認(rèn)為一致性好，Kappa值為0.61～0.80認(rèn)為一致性較好，Kappa值為0.41～0.60認(rèn)為一致性一般，Kappa值<0.41認(rèn)為一致性較差。各方法檢測(cè)肺結(jié)核患者痰涂片抗酸桿菌染色陽性結(jié)果的等級(jí)相關(guān)性采用Spearman相關(guān)性檢驗(yàn)。

結(jié) 果

一、病原學(xué)檢查結(jié)果

以痰標(biāo)本經(jīng)傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢、AFB-AS檢查、分枝桿菌分離培養(yǎng)或Xpert任一檢測(cè)結(jié)果為陽性，判定為病原學(xué)陽性，研究對(duì)象病原學(xué)陽性率為69.91%(323/462)。各檢測(cè)方法檢測(cè)研究對(duì)象病原學(xué)陽性率從高到低依次為Xpert(69.26%，320/462)、分枝桿菌分離培養(yǎng)(64.29%，297/462)、AFB-AS(61.04%，282/462)、傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢(58.66%，271/462)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=6.958，P=0.031)。

各方法檢測(cè)痰標(biāo)本陽性率從高到低依次為Xpert(69.26%，320/462)、分枝桿菌分離培養(yǎng)(43.61%，403/924)、AFB-AS(43.22%，599/1386)、傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢(38.24%，530/1386)。AFB-AS檢測(cè)痰標(biāo)本陽性率明顯高于傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=67.015，P<0.01)。

二、不同鏡檢方法比較

1386張抗酸染色玻片經(jīng)傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢和AFB-AS檢查(人工復(fù)核)均報(bào)告陰性結(jié)果的玻片有787張，均報(bào)告陽性結(jié)果的玻片有530張，一致率為95.02%(1317/1386)；69張玻片(4.98%，69/1386)檢查結(jié)果報(bào)告不一致，均為AFB-AS檢查(人工復(fù)核)報(bào)告陽性而傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢報(bào)告陰性。兩種方法判讀陽性等級(jí)相關(guān)系數(shù)(Spearman)為0.954(表1)。

表1 抗酸染色全自動(dòng)顯微掃描系統(tǒng)(人工復(fù)核)與傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢判讀肺結(jié)核患者痰涂片結(jié)果對(duì)比(張)

1386張抗酸染色玻片經(jīng)傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢與AFB-AS檢查(軟件識(shí)別)均報(bào)告陰性結(jié)果的玻片有683張，均報(bào)告陽性結(jié)果的玻片有530張，一致率為87.52%(1213/1386)。173張玻片(12.48%，173/1386)檢查結(jié)果報(bào)告不一致，均為AFB-AS檢查(軟件識(shí)別)報(bào)告陽性而傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢報(bào)告陰性。兩種方法判讀陽性等級(jí)相關(guān)系數(shù)(Spearman)為0.898(表2)。

表2 抗酸染色全自動(dòng)顯微掃描系統(tǒng)(軟件識(shí)別)與傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢判讀肺結(jié)核患者痰涂片結(jié)果對(duì)比(張)

1386張抗酸染色玻片經(jīng)AFB-AS檢查(人工復(fù)核)和AFB-AS檢查(軟件識(shí)別)均報(bào)告陰性結(jié)果的玻片有683張，均報(bào)告陽性結(jié)果的玻片有599張，一致率為92.50%(1282/1386)。104張玻片(7.50%，104/1386)檢查結(jié)果報(bào)告不一致，均為AFB-AS軟件識(shí)別為陽性，而圖像經(jīng)人工復(fù)核后排除。AFB-AS檢查(人工復(fù)核)和AFB-AS檢查(軟件識(shí)別)判讀陽性等級(jí)相關(guān)系數(shù)(Spearman)為0.942(表3)。

表3 抗酸染色全自動(dòng)顯微掃描系統(tǒng)軟件識(shí)別與人工復(fù)核判讀肺結(jié)核患者痰涂片結(jié)果對(duì)比(張)

三、 各方法檢測(cè)效能分析

924份痰標(biāo)本同時(shí)完成分枝桿菌分離培養(yǎng)、傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢和AFB-AS檢查，陽性率分別為43.61%(403/926)、41.47%(384/926)和46.44%(430/926)。培養(yǎng)陽性率明顯高于傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢，低于AFB-AS檢查，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2值分別為4.985、9.986，P值均<0.01)。以分枝桿菌分離培養(yǎng)結(jié)果為參照標(biāo)準(zhǔn)，AFB-AS檢查肺結(jié)核患者痰標(biāo)本敏感度為94.29%，高于傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢的敏感度(89.58%)，見表4。

表4 傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢和抗酸染色全自動(dòng)顯微掃描系統(tǒng)檢測(cè)以培養(yǎng)結(jié)果為參照標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)肺結(jié)核患者痰標(biāo)本的效能

四、 各方法檢測(cè)差異分析

462份標(biāo)本同時(shí)完成抗酸桿菌染色、分枝桿菌分離培養(yǎng)和Xpert檢測(cè)，其中，23份標(biāo)本抗酸桿菌染色陽性(包括傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢和AFB-AS)但培養(yǎng)陰性。傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢陽性而培養(yǎng)陰性的標(biāo)本，經(jīng)Xpert檢測(cè)后陽性者占8/9，高于AFB-AS檢查陽性而培養(yǎng)陰性標(biāo)本的比例(21.43%，3/14)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=9.991，P<0.01)。

討 論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和高度結(jié)合，已有多個(gè)廠家針對(duì)抗酸染色檢查推出自動(dòng)化涂片、自動(dòng)化染色等設(shè)備。相關(guān)設(shè)備在提高抗酸染色涂片質(zhì)量、縮短檢測(cè)周期、提高病原學(xué)陽性率、降低人力資源依賴程度、減少生物安全風(fēng)險(xiǎn)等方面，均發(fā)揮一定作用。AFB-AS可以對(duì)抗酸桿菌染色鏡檢圖像進(jìn)行自動(dòng)提取、智能識(shí)別，進(jìn)而部分降低相應(yīng)檢查項(xiàng)目對(duì)從業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)的依賴程度, 同時(shí)也減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。

本研究結(jié)果顯示，AFB-AS檢測(cè)肺結(jié)核患者痰涂片的陽性率明顯高于傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢，并且對(duì)于低陽性級(jí)別痰標(biāo)本，與傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢比較，AFB-AS對(duì)檢出抗酸桿菌具有一定的優(yōu)勢(shì)。因此，AFB-AS檢測(cè)肺結(jié)核患者痰涂片的敏感度也高于傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢；但其檢測(cè)特異度低于傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢。盡管兩種檢測(cè)方法的敏感度和特異度存在差異，但兩種方法對(duì)痰涂片抗酸桿菌判讀報(bào)告的等級(jí)相關(guān)系數(shù)為0.954，且均與分枝桿菌分離培養(yǎng)法具有較高的一致性。對(duì)于AFB-AS投入常規(guī)使用后，操作者需要注意的是，鑒于其識(shí)別抗酸桿菌的特異度低于傳統(tǒng)抗酸桿菌染色人工鏡檢，對(duì)于抗酸桿菌較少的玻片，有必要使用傳統(tǒng)鏡檢模式進(jìn)行復(fù)檢。本文的結(jié)果及觀點(diǎn)與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道一致[6-9]。

傳統(tǒng)抗酸桿菌染色鏡檢與AFB-AS的結(jié)果差異，主要出現(xiàn)在前者檢測(cè)陰性而后者檢測(cè)陽性的標(biāo)本上，表現(xiàn)在AFB-AS能夠在部分含抗酸桿菌量較低的標(biāo)本中實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)菌的檢出。這提示我們?cè)撓到y(tǒng)研發(fā)者的初衷，似乎是盡可能減少“漏報(bào)”。在本研究中，AFB-AS檢測(cè)陽性而培養(yǎng)陰性的標(biāo)本，經(jīng)Xpert檢測(cè)驗(yàn)證的結(jié)果，能夠支持此推論。當(dāng)然，這也說明AFB-AS在顯微放大倍數(shù)、抗酸桿菌軟件識(shí)別、抓取圖像分辨率、目標(biāo)圖像識(shí)別算法等方面，仍有進(jìn)一步提升的空間。

與AFB-AS實(shí)際投入應(yīng)用的場(chǎng)景比較，本研究在設(shè)計(jì)及實(shí)施過程中存在一定缺陷。本次研究未納入非結(jié)核病患者樣本進(jìn)行對(duì)照，僅針對(duì)肺結(jié)核患者痰標(biāo)本的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析。因此，AFB-AS的實(shí)際應(yīng)用性能，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。同時(shí)，本文未對(duì)AFB-AS投入使用后，相應(yīng)項(xiàng)目實(shí)施的人工成本、經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行比較分析；而針對(duì)其投入使用后，如何完善相關(guān)項(xiàng)目的質(zhì)量保障和質(zhì)量控制措施，有待進(jìn)一步討論。

綜上，本研究結(jié)果表明，AFB-AS的檢測(cè)性能能夠滿足抗酸桿菌萋-尼染色臨床檢驗(yàn)項(xiàng)目的要求。鑒于日常工作中，肺結(jié)核患者痰涂片抗酸桿菌染色鏡檢的陽性結(jié)果報(bào)告比例較低，而傳統(tǒng)閱片方法工作人員勞動(dòng)負(fù)荷較大，加之AFB-AS可減少“漏報(bào)”的設(shè)計(jì)初衷，AFB-AS的推廣應(yīng)用，能夠在一定程度上減少工作負(fù)荷與人員數(shù)量、報(bào)告時(shí)效之間的矛盾的同時(shí)，能夠降低對(duì)判讀人員經(jīng)驗(yàn)的依賴程度。