人工智能（CAD4TB）与粪便Xpert MTB/RIF联合应用提升埃塞俄比亚奥罗米亚地区结核病诊断水平的前瞻性研究

《Open Forum Infectious Diseases》：Improving Tuberculosis Diagnosis Through AI (CAD4TB) and Stool- Xpert MTB/RIF: a prospective study from Oromia, Ethiopia

为解决高负担地区结核病（TB）诊断难题，本研究评估了人工智能辅助胸片（CAD4TB）和粪便Xpert MTB/RIF在埃塞俄比亚家庭接触者（HHCs）中的诊断效能。结果显示CAD4TB灵敏度达0.77，特异性0.93；粪便Xpert与痰液Xpert高度一致（κ=0.76），显著提升TB检出率（10.6%），为资源有限地区提供了可行的筛查策略。

　　

结核病（Tuberculosis, TB）至今仍是全球由单一传染源导致死亡的主要原因，而埃塞俄比亚是结核病和HIV/TB负担最重的国家之一。诊断缺口，特别是那些无法咳出痰液的家庭接触者（Household Contacts, HHCs）中的早期病例发现，一直是防控工作的瓶颈。在高负担、低资源地区，胸片（Chest X-ray, CXR）是主要的诊断工具，但其解读高度依赖放射科医生，而这类专业人员在当地十分匮乏。与此同时，许多患者，尤其是儿童和部分成人，难以产生合格的痰液样本，使得基于痰液的分子检测（如Xpert MTB/RIF）无法实施。这导致大量结核病例被漏诊，不仅延误了患者治疗，也加剧了社区传播。为了解决这些紧迫问题，研究人员将目光投向了两种前沿技术：基于人工智能（Artificial Intelligence, AI）的计算机辅助检测（Computer-Aided Detection, CAD）软件（如CAD4TB）用于分析胸片，以及利用粪便样本进行Xpert MTB/RIF检测。这两种技术能否在资源有限的真实世界场景中有效协作，提升结核病的诊断效率，成为了一个关键的科学问题。

为此，由意大利巴里大学Giacomo Guido博士等人牵头，联合“非洲医生”组织（CUAMM）、Armauer Hansen研究所等多家机构，在埃塞俄比亚奥罗米亚地区的圣卢克天主教医院开展了一项前瞻性诊断准确性研究。这项研究旨在评估CAD4TB作为分流工具以及粪便Xpert MTB/RIF作为诊断方法的准确性，探索它们在高危人群——结核病指示病例的家庭接触者中联合应用的潜力，以期找到一种可扩展的、高效的结核病筛查策略。研究成果发表在《Open Forum Infectious Diseases》期刊上。

本研究主要采用了以下几种关键技术方法：首先，研究团队在埃塞俄比亚奥罗米亚地区圣卢克天主教医院进行了一项前瞻性诊断试验，共招募了478名参与者（包括152名结核病指示病例和326名家庭接触者）。其次，对所有≥4岁的家庭接触者进行数字化胸片检查，并利用CAD4TB云系统对图像进行分析，获得0-100分的结核病可能性评分。第三，同时收集参与者的痰液和粪便样本，分别使用Xpert MTB/RIF分子检测技术进行结核分枝杆菌复合群及其利福平耐药性的检测。最后，以痰液Xpert MTB/RIF结果为参考标准，采用统计学方法计算CAD4TB和粪便Xpert的诊断准确性指标（如灵敏度、特异性等），并评估两者的一致性。

结果

参与者信息

最终分析共纳入478名参与者（152名指示病例和326名家庭接触者）。参与者中位年龄为28岁，成人占77.8%，大部分（69.5%）来自农村地区。在家庭接触者中，43.8%存在结核病相关症状，56.2%为无症状者。

主要结局指标：CAD4TB与Xpert比较的准确性

在455名同时拥有有效CAD4TB分类和Xpert检测结果的参与者中，以Xpert（痰液和粪便Xpert的组合结果）为参考标准，CAD4TB显示出0.77的灵敏度（95% CI: 0.70-0.83）和0.93的特异性（95% CI: 0.90-0.96）。其阳性预测值为0.88（95% CI: 0.82-0.93），阴性预测值为0.86（95% CI: 0.82-0.90）。这表明CAD4TB能较好地识别结核病患者，并能有效排除非感染者。

次要结局指标

成人粪便Xpert与痰液Xpert的比较

在成人中，粪便Xpert与痰液Xpert显示出良好的一致性（Cohen's kappa为0.76）。以痰液Xpert为参考标准，粪便Xpert的灵敏度为0.77（95% CI: 0.70-0.84），特异性高达0.97（95% CI: 0.93-0.99）。值得注意的是，在6名无法产生痰液的成人中，有4人（67%）能够提供粪便样本，凸显了粪便检测在无法咳痰人群中的优势。

CAD4TB与Xpert在不同亚组中的准确性

分层分析显示，CAD4TB在成人中的诊断性能（灵敏度0.79，特异性0.94）优于儿童（灵敏度0.64，特异性0.92）。在有结核病既往史的个体中，CAD4TB表现出更高的灵敏度（0.89），但特异性有所下降（0.83），提示其可能将既往感染留下的肺部残留病灶误判为活动性结核。在营养不良/体重过轻的亚组中，灵敏度也较高（0.88），但由于该组中Xpert阴性者仅2例，导致特异性置信区间很宽。

研究期间家庭接触者中的新发结核病例

在研究期间，通过痰液或粪便Xpert检测，在321名拥有有效数据的家庭接触者中新诊断出34例结核病患者，检出率达10.6%，这证实了在高危人群中进行主动筛查的必要性和有效性。

其他结局指标

CAD4TB信息对临床医生判断的影响

当临床医生无法获得CAD4TB信息时，其判断为阴性或不确定的298例受试者中，有22例（7.4%）在获得CAD4TB信息后被重新判断为阳性。相反，在借助CAD4TB信息判断为阳性的149例受试者中，有18例（12.1%）经Xpert验证为阴性。这表明CAD4TB有助于减少临床医生单独解读胸片时的误判，既增加了真阳性病例的发现，也可能引入部分假阳性。

CAD4TB评分与临床医生信心的关联

统计分析发现，CAD4TB评分与临床医生在不依赖CAD4TB信息时的诊断信心呈正相关（Spearman等级相关系数0.61, p<0.0001）。当临床医生能够参考CAD4TB信息时，被判断为“可能结核病例”、“不确定结核病例”和“不太可能结核病例”的受试者，其CAD4TB评分中位数存在显著差异（分别为78、33和5，p<0.0001），说明CAD4TB评分与医生的最终判断高度一致。

讨论与结论

本研究在结核病高负担的埃塞俄比亚开展，证实了CAD4TB在家庭接触者中筛查活动性结核病具有良好的诊断性能，其灵敏度与类似人群的其他研究结果一致。特别是在缺乏放射科医生的资源有限地区，CAD4TB可以作为一种可靠的一线筛查工具，辅助非专科医生提高胸片解读的准确性，减少误诊和漏诊。研究也观察到CAD4TB在儿童中的灵敏度较低，这可能与儿童结核病影像学表现（如结节状、粟粒状病变）不典型有关。对于有结核病既往史的患者，CAD4TB的高灵敏度伴随特异性下降，提示需要开发能够纵向比较个体评分变化的AI系统，以区分活动性感染和既往感染遗留的肺部改变。

粪便Xpert MTB/RIF检测与痰液检测结果高度一致，再次验证了其在成人和青少年中的诊断价值。这种检测方法样本获取方便，尤其适用于无法咳痰的患者，避免了胃液抽吸等侵入性操作。研究中少数参与者因交通不便无法提供粪便样本，提示在偏远地区实施该策略时需考虑样本运输等后勤保障。

将CAD4TB与粪便Xpert结合使用，形成了一种强大的综合诊断策略。CAD4TB可快速、低成本地进行初步筛查，阳性或可疑者再进一步进行粪便Xpert确认。这种组合拳特别适合在社区为基础的主动病例发现活动中推广，能够有效识别出那些通过常规症状筛查或单一检测方法可能会被遗漏的病例，例如无症状感染者或无法咳痰者。

当然，本研究也存在一些局限性，例如是单中心研究，其普适性可能受限；未能使用更灵敏的Xpert MTB/RIF Ultra检测方法；由于地区政治不稳定和参与者对结核病感染风险认知度低等原因，对家庭接触者进行6个月和12个月复查的依从性较差。

展望未来，研究人员指出需要在特定人群（如儿科患者、艾滋病患者）中进一步校准CAD4TB的阈值以优化其性能。此外，比较CAD4TB与应用于肺部超声成像的计算机辅助检测系统也值得探索，因为在所谓的“难以到达地区”，便携式超声可能比数字胸片更具可行性。

总而言之，这项研究有力地证明，在结核病高负担、资源有限的环境中，联合应用人工智能辅助胸片分析（CAD4TB）和基于粪便的分子检测（Xpert MTB/RIF），能够显著改善结核病的诊断水平。这种整合了AI和非呼吸道样本检测的策略，为实现更全面的结核病筛查、及时发现患者并进行干预提供了切实可行的路径，对推动全球结核病防控进程具有重要意义。