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medRxiv来源发表:

10微升不染色全血,12分钟成像:三分类模型把脓毒症筛出,100%灵敏度对应85.3%特异度

核心概要

Remoscope用10微升未染色全血在约12分钟内拍下两万张图像,三分类模型在29名危重成人中把脓毒症与感染性危重、健康人分开,调向排除策略时灵敏度100%、特异度85.3%。

Source-provided article image: Rapid Sepsis Diagnosis in Critically Ill Adults with Remoscope Label-Free Whole-Blood Imaging
Figure 1 · medRxiv · 第 7 页

深度剖析

危重成人中区分脓毒症与感染性危重、健康人,可以只靠未染色全血的高速成像完成,不需要培养、分子检测或单一生物标志物。 此前的脓毒症诊断要么依赖需数小时到数天的血培养和分子病原检测,要么依赖特异度有限的C反应蛋白、降钙素原等宿主标志物,或需要专门样本处理与集中检测的转录与细胞学检测。 在一项前瞻性研究中,29名危重成人经多医师按Sepsis-3标准裁定为脓毒症13例、感染性危重12例、状态不确定4例,另设健康对照22例;不确定者不进入训练与性能分析。

模型把每位患者当成一袋图像来判读,从数千张血细胞图像中自行找出与疾病相关的形态信号,而不是先指定要看哪类细胞或哪个形态特征。 常规做法需要研究者预先定义有信息的细胞类型或形态指标,再据此测量。 Remo-ID以ResNet-50为编码器,用门控注意力池化把图像嵌入聚合成袋级表示,再输出患者级类别;采用留一患者交叉验证,各折训练轮数固定,患者的技术重复先取平均再评估。

把判定阈值调向排除脓毒症时,模型在保持高灵敏度的同时给出可接受的假阳性比例,符合危重场景下先排除感染的决策需求。 按Youden's J阈值时,脓毒症对危重对照为灵敏度76.9%、特异度100.0%;调向最大灵敏度后为灵敏度100.0%、特异度75.0%。 在脓毒症对全部非脓毒症的区分中,100.0%灵敏度对应85.3%特异度,12例危重对照中3例、22例健康人中2例被误判;47名参与者中43名分类正确,错误主要集中在脓毒症与危重对照之间。

启示与展望

这项工作展示的是在单中心前瞻性队列中,用10微升未染色全血、约12分钟采集两万张图像,对危重成人做脓毒症、感染性危重与健康三分类的能力;适用读者是关注危重感染快速诊断与床旁检测的研究者和工程师。原文提出后续需要独立外部验证,并把模型输出与盲法血液病理复核、转录谱和临床检验值关联起来。

原文列出的限制包括样本量有限、单中心设计、缺少独立外部验证队列、健康对照组年龄偏轻以及病毒性脓毒症代表性有限。交叉验证避免了训练数据泄漏,但原文指出可能未完全消除仪器效应、采样误差与离群值敏感性;细胞在仪器中经历中等剪切与平面约束,所观察到的形态特征未必能直接与其他方法比较,细胞刚性对剪切形变率的影响也尚不清楚。