sputum processing, cattamanchi et al, ucsf, august,

58
Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 1 Do sputum processing methods increase the accuracy of smear microscopy for diagnosing pulmonary tuberculosis? An updated systematic review and metaanalysis Cattamanchi A a,b* , Davis JL a,b , Hopewell PC a,b , Steingart KR b a Division Pulmonary and Critical Care Medicine, San Francisco General Hospital, University of California, San Francisco, USA b Francis J. Curry National Tuberculosis Center, San Francisco, University of California, San Francisco, USA *Correspondence Adithya Cattamanchi, MD Assistant Professor of Medicine San Francisco General Hospital, University of California, San Francisco 1001 Potrero Avenue, Room 5K1, San Francisco, CA 94110 Email: [email protected]

Upload: others

Post on 08-Feb-2022

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

 

           

Do sputum processing methods increase the accuracy of smear microscopy for diagnosing pulmonary tuberculosis? An updated systematic review and meta‐analysis 

  

  Cattamanchi Aa,b*, Davis JL a,b, Hopewell PC a,b, Steingart KRb 

 a Division Pulmonary and Critical Care Medicine, San Francisco General Hospital, University of California, San Francisco, USA                                                                                                                                                                 b Francis J. Curry National Tuberculosis Center, San Francisco, University of California, San Francisco, USA  

 

 

 

 

*Correspondence Adithya Cattamanchi, MD Assistant Professor of Medicine San Francisco General Hospital, University of California, San Francisco  1001 Potrero Avenue, Room 5K1, San Francisco, CA 94110 Email: [email protected]  

 

Page 2: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

 

TABLE OF CONTENTS 

Background………………………………………………………………………………………………………………………..  4 

Methods……………………………………………………………………………………………………………………………  4 

Results………………………........................................................................................................  8 

Discussion…………………........................................................................................................   14 

Conclusions ……………………………………………………………………………………………………………………..  16 

References………………………………………………………………………………………………………………………..  17 

List of Tables   

Table 1 Characteristics of included studies with culture as the reference standard………….  19 

Table 2 Processed versus direct microscopy: pooled sensitivity and specificity………………..  22 

Table 3 Processed versus direct microscopy: pooled sensitivity and specificity differences.  23 

Table 4 GRADE Evidence profiles…………………………………………………………………………………….  24 

Table 5 GRADE Summary of findings………………………………………………………………………………..  29 

Supplementary Table 1 Characteristics of included studies without a reference standard..  45 

Supplementary Table 2 Pooled Sensitivity and Specificity Differences, Generalized Estimating Equation Model                                                                                                                 

48 

List of Figures   

Figure 1 Flow of studies…………………………………………………………………………………………………  33 

Figure 2 Analysis flow chart……………………………………………………………………………………………  34 

Figure 3 Bleach centrifugation versus direct microscopy   

Figure 3A Study quality…………………………………………………………..………………………………………  35 

Figure 3B Sensitivity and specificity……………………………………………..…………………………………  35 

Figure 3C Sensitivity and specificity differences………………………………….…………………………..  36 

Figure 3D Hierarchical summary receiver operating characteristic curves……….…………..  36 

Figure 4 Bleach sedimentation versus direct microscopy 

Figure 4A Study quality…………………………………………………………..……………………………….………  37 

Page 3: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

 

2Figure 4B Sensitivity and specificity……………………………………………..……………………….……  37 

Figure 4C Sensitivity and specificity differences………………………………….…………………………  38 

Figure 4D Hierarchical summary receiver operating characteristic curves………………..  38 

Figure 5 NALC‐NaOH centrifugation versus direct microscopy   

Figure 5A Study quality………………………………………………………….………………………………..  39 

Figure 5B Sensitivity and specificity……………………………………………..………………………….  39 

Figure 5C Sensitivity and specificity differences………………………………….…………………………  40 

Figure 5D Hierarchical summary receiver operating characteristic curves……………..  40 

Figure 6 Na‐OH centrifugation versus direct microscopy   

Figure 6A Study quality…………………………………………………………..………………………………………  41 

Figure 6B Sensitivity and specificity……………………………………………..………………………………….  41 

Figure 6C Sensitivity and specificity differences………………………………….…………………………  42 

Figure 6D Hierarchical summary receiver operating characteristic curves……….………………  42 

Figure 7 HIV, any processing method versus direct microscopy   

Figure 7A Study quality…………………………………………………………..……………………………………  43 

Figure 7B Sensitivity and specificity……………………………………………..……………………………….  43 

Figure 7C Sensitivity and specificity differences………………………………….…………………………  44 

Appendices   

Appendix A. Literature search strategy…………………….……………………………………………………..  49 

Appendix B. Data extraction form……………………………………………………………………………………  51 

Appendix C. QUADAS, a tool for quality assessment ………………………….............................  58 

 

 

Page 4: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

 

BACKGROUND 

Sputum smear microscopy is the most widely used test for diagnosis of pulmonary tuberculosis and the only test 

routinely available in high burden countries. In these settings, most laboratories prepare Ziehl‐Neelsen stained smears 

from unconcentrated sputum (direct smears). Direct smear microscopy is inexpensive, rapid, and highly specific in 

tuberculosis endemic settings. However, direct smear microscopy has poor sensitivity (range 20‐80%), particularly in HIV 

co‐infected patients. 

Sputum processing by various physical and/or chemical methods has been evaluated as a means to increase the 

sensitivity of smear microscopy. A systematic review (83 eligible studies) published in 2006 found that sensitivity was 

increased by approximately 15‐20% when microscopy was performed after physical processing of sputum by either 

centrifugation (14 studies) or overnight sedimentation (4 studies).[1]  In addition, the review found moderate evidence 

supporting increased sensitivity when sputum was processed using bleach and centrifugation (6 studies).  

Since the publication of this review, the evidence base has grown and approaches to meta‐analyses of diagnostic 

tests have changed. In this updated review, we employ state‐of‐the‐art methods to summarize the literature comparing 

the diagnostic accuracy of direct smear microscopy with smear microscopy performed after chemical and/or physical 

processing of sputum among patients being evaluated for pulmonary tuberculosis. 

 

METHODS 

We followed standard guidelines and methods for systematic reviews and meta‐analyses of diagnostic tests.[2‐5]  

 

Search methods. To update this systematic review, we searched the following electronic databases for primary studies 

in all languages: PubMed (2005 through 7 June 2009), EMBASE (2005 through 7 January 2009), Biosis (2005 through 7 

January 2009), and Web of Science (2005 through 7 January 2009). The search terms included “tuberculosis,” 

“Mycobacterium tuberculosis,” “acid‐fast bacilli”, “sputum microscopy”, “bacteriology”, “sensitivity and specificity”, 

“sputum concentration”, and “direct microscopy”. We also searched reference lists of eligible papers and related 

Page 5: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

 

reviews to identify additional potentially relevant studies and contacted researchers in the field to identify unpublished 

or ongoing studies. 

 

Selection criteria. As in the previous review, studies were included that compared direct sputum smear microscopy to 

microscopy following sputum processing by chemical and/or physical methods.[1] The following types of studies were 

excluded: (1) studies focused on nontuberculous mycobacteria or extrapulmonary tuberculosis; (2) studies in which 

microscopy was used primarily to monitor treatment response; (3) studies of cost‐effectiveness that did not report 

diagnostic performance of direct and processed microscopy; (4) studies using different staining and/or microscopy 

methods to compare direct and processed sputum smears; (5) studies reporting insufficient data to determine either the 

smear positive proportion (when no reference standard was used) or sensitivity and specificity (when a reference 

standard was used); (6) abstracts and reviews. In addition, unlike the previous review, the following studies were 

explicitly excluded: (7) studies in which the microscopy stain was not reported; (8) studies with fewer than ten 

participants; (9) studies that only performed processed microscopy when direct microscopy results were negative; and 

(10) studies that used dithiothreitol for sputum digestion, a chemical not widely available to tuberculosis programs in 

low‐income countries. Two reviewers (AC and KRS) independently screened the accumulated citations for relevance and 

then independently reviewed full‐text articles using the pre‐specified eligibility criteria. Disagreements about study 

selection were resolved by consensus. A list of excluded studies with reasons for exclusion is available from the authors 

upon request. When studies reported comparison of direct microscopy to more than one sputum processing method, 

each comparison was considered a unique study. 

We reviewed and extracted data from studies that did and did not use a reference standard (mycobacterial 

culture) against which to compare the accuracy of direct and processed microscopy results. However, in this review, we 

focus our analysis only on studies that used a reference standard. Characteristics of studies that did not use a reference 

standard are provided in Supplementary Table 1. 

 

Page 6: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

 

Data extraction. We used a standardized data extraction form that was initially pilot‐tested with a subset of eligible 

studies. Two reviewers (AC and KRS) independently extracted data on the following characteristics: study design, 

methodological quality, sputum collection characteristics, smear preparation, sputum stain, chemical and physical 

methods for sputum processing, use of a reference standard (mycobacterial culture), and microscopy results. Inter‐

reviewer agreement on microscopy results was approximately 100%. We resolved differences in extraction of other data 

by consensus.  

 

Quality assessment. We grouped studies according to their processing method (see “Data synthesis and meta‐analysis” 

below) and assessed study quality separately for each group using a subset of criteria from QUADAS, a validated tool for 

diagnostic studies.[6] We excluded the following two QUADAS criteria that were not applicable to this review: 1) 

Acceptable reference standard – we only included studies that compared smear microscopy results to the best available 

gold standard (mycobacterial culture) and 2) Reference standard well described – culture was performed on Lowenstein‐

Jensen media in 86% of studies. The following 5 QUADAS criteria were satisfied by all studies included in the review: 1) 

Acceptable delay between index and reference tests – smear microscopy and culture were performed on the same 

specimens; 2) Partial verification bias – the reference standard was performed in all patients or specimens; 3) 

Differential verification bias – the reference standard was performed in all patients or specimens; 4) Incorporation bias – 

smear results were not included in the reference standard test; and 5) Relevant clinical information – we assumed 

laboratories had access to the same information as is routine in clinical practice. In addition, no study reported 

information to judge whether the reference standard was interpreted without knowledge of index test results.  Two 

reviewers (AC and KRS) assessed the remaining 6 QUADAS items for each study and resolved differences by consensus.  

 

Data synthesis and meta‐analysis. As significant heterogeneity is expected between studies of diagnostic tests and 

summary estimates of diagnostic accuracy may not be meaningful when heterogeneity is present,[7] we adopted the 

Page 7: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

 

following overall approach. First, we decided a priori to separately synthesize data for each group of at least 4 studies 

classified according to chemical and physical processing method. Second, for each processing method, we present forest 

plots to provide a visual assessment of heterogeneity. We also report the amount of variation attributable to 

heterogeneity (I‐squared value) and statistically test for heterogeneity (chi‐squared test). Third, we use a random effects 

model to calculate pooled estimates of diagnostic accuracy but interpret pooled results cautiously when heterogeneity is 

present. Finally, when there are sufficient studies, we perform sub‐group analyses to explore sources of heterogeneity.  

For each study, we calculated the sensitivity (proportion of positive smear results among patients with positive 

mycobacterial cultures) and specificity (proportion of negative smear results among patients with negative 

mycobacterial cultures) of direct and processed microscopy along with their 95% confidence intervals (CI). We generated 

forest plots to display sensitivity and specificity estimates for each study using Review Manager 5.0 (The Nordic 

Cochrane Center, Copenhagen, Denmark). We also defined the following effect sizes for each study:  1) the difference in 

sensitivity between direct and processed microscopy and 2) the difference in specificity between direct and processed 

microscopy. We calculated a 95% CI for the effect size using McNemar’s test for paired proportions. This calculation 

assumed maximal correlation between direct and processed microscopy results among either culture‐positive patients 

(for sensitivity difference) or culture‐negative patients (for specificity difference). To validate this assumption, we 

repeated the calculation of pooled sensitivity and specificity differences described below using a generalized estimating 

equation (GEE) model and obtained nearly identical results (See supplementary Table 2).  The GEE model assumes 

constant correlation across studies and determines the best correlation that fits the data. 

We used two different approaches to calculate summary estimates of diagnostic accuracy. First, we derived 

pooled estimates of sensitivity, specificity,  likelihood ratio positive  [LR+ = sensitivity/(1‐specificity) ], and likelihood ratio 

negative  [LR‐ = (1‐sensitivty)/specificity)]  for direct and processed microscopy using hierarchical summary receiver 

operating characteristic (HSROC) analysis.[8] The HSROC approach jointly models both sensitivity and specificity, weights 

studies according to the number of participants, and takes into account unmeasured heterogeneity between studies by 

using random effects. Next, we performed a random effects meta‐analysis to pool the sensitivity and specificity 

Page 8: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

 

differences between processed and direct microscopy reported in each study. We performed both the HSROC and 

random effects meta‐analyses in Stata IC/10.0 (Stata Corporation, Texas, USA) with the commands “metandi” and 

“metan”, respectively. We obtained HSROC curves using Review Manager 5.0. 

 

RESULTS 

Search results. The initial search yielded 1200 citations (Figure 1). Independent review of the abstracts and titles of 

these citations identified 67 potentially relevant papers. After independent, full‐text review, 50 papers were included in 

the analysis (32 from the prior systematic review). Because some papers reported more than one comparison, there 

were 77 unique comparisons (referred to as studies) of direct and processed smear microscopy. The remainder of this 

analysis focuses on the 36 studies that compared smear microscopy results to a reference standard (mycobacterial 

culture).  

 

Study characteristics. There was significant variation in study setting, study design, processing methods, and 

classification of smear results (Table 1). 18 (50%) studies were conducted in high tuberculosis burden countries and 7 

(19%) studies included confirmed HIV‐infected patients. Three different physical processing methods (centrifugation, 

sedimentation, and xylene flotation) were evaluated and within these methods, the duration and speed of 

centrifugation and the duration of sedimentation varied across studies. Seven different chemical processing methods 

(bleach, N‐acetyl‐L‐cysteine‐sodium hydroxide [NALC‐NaOH], sodium hydroxide [NaOH], bleach ammonium sulfate 

[BAS], hypertonic saline [H‐S], universal sample processing [USP], and C18‐Carboxypropylbetaine [CB‐18] were 

evaluated, and within these methods, the concentration of and the duration of exposure to the chemical agent varied 

across studies. 

 

Data synthesis and meta‐analysis. Classification of studies according to chemical and physical processing method 

identified four groups containing at least four studies (Figure 3). Bleach was the most common chemical processing 

Page 9: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

 

agent (14 studies), followed by NALC‐NaOH (8 studies), and NaOH alone (6 studies). In studies that used bleach, physical 

processing was performed by either centrifugation (9 studies) or sedimentation (5 studies). All studies that used NALC‐

NaOH or NaOH alone physically processed specimens by centrifugation. The 4 groups identified by combining chemical 

and physical processing methods were: 1) Bleach centrifugation; 2) Bleach sedimentation; 3) NALC‐NaOH centrifugation; 

and 4) NaOH centrifugation. In addition to these 4 groups, we synthesized data separately for the 4 studies that 

reported diagnostic accuracy estimates among confirmed HIV‐infected patients. For each group, pooled estimates of 

sensitivity and specificity are presented in Table 2 and pooled sensitivity and specificity differences in Table 3.  

 

Bleach centrifugation (9 studies).[9‐16] All studies were of cross‐sectional design. 5 (56%) studies performed bleach 

processing using ≥ 5% bleach, 5 (56%) studies performed centrifugation at high speed (≥ 2500 revolutions per minute 

[rpm] or ≥ 2000 g), and 7 (78%) studies examined smears using light microscopy (Ziehl‐Neelsen stain). Six (67%) studies 

reported that direct and processed smears were prepared and interpreted in the same laboratory and 4 (44%) studies 

reported that the laboratory in which microscopy was performed had an external quality assurance system in place. No 

study met all QUADAS criteria assessed (Figure 3A). Only 3 (33%) studies adequately described patient/specimen 

selection. The majority of studies satisfied all of the other QUADAS criteria. 

Sensitivity was inconsistent across studies for bleach centrifugation (range 44‐73%, I‐squared 75%, p<0.001) and 

direct microscopy (range 31‐72%, I‐squared 87%, p<0.001) (Figure 3B). Estimates of the sensitivity difference between 

bleach centrifugation and direct microscopy were also inconsistent (I‐squared 82%, p<0.001) (Figure 3C). Pooled 

sensitivity was higher for bleach centrifugation (65%, 95% CI 59‐71%) than for direct (56%, 95% CI 49‐63%) microscopy 

(Table 2). When sensitivity differences were pooled across studies, bleach centrifugation microscopy was 6% (95% CI 3‐

10%, p=0.001) more sensitive than direct microscopy (Table 3).  

Specificity was consistent for direct microscopy (range 95‐100%, I‐squared 46%, p=0.06) but was more variable 

for bleach centrifugation microscopy (range 81‐100%, I‐squared 88%, p<0.001). Pooled specificity was high for both 

Page 10: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

10 

 

bleach centrifugation (96%, 95% CI 93‐98%) and direct (98%, 95% CI 97‐99%) microscopy. However, there was a small 

but statistically significant decrease in specificity with bleach centrifugation microscopy (‐3%, 95% CI ‐4% to ‐1%, 

p=0.004). The HSROC curves for the two tests crossed and were close together, indicating that neither test was superior 

(Figure 3D).  

  In sub‐group analysis, estimates of sensitivity difference were more consistent when studies were stratified by 

low‐speed (4 studies, I‐squared 50%, p=0.12) versus high‐speed (4 studies, I‐squared 70%, p=0.02) centrifugation (Figure 

3C). Compared to direct microscopy, bleach microscopy was 3% (95% CI 1‐6%, p=0.02) more sensitive in studies using 

low‐speed centrifugation and 7% (95% CI 1‐14%, p=0.002) more sensitive in studies using high‐speed centrifugation. 

However, specificity was significantly decreased with high‐speed (‐6%, 95% CI ‐11% to ‐1%, 0.02) but not with low‐speed 

(‐1%, 95% CI ‐3% to +1%, p=0.18) centrifugation.  

 

Bleach sedimentation (5 studies).[14, 17‐19] All studies were of cross‐sectional design. Five (40%) studies performed 

bleach processing using ≥ 5% bleach, 3 (60%) studies performed overnight sedimentation, and all studies examined 

smears using light microscopy (Ziehl‐Neelsen stain). All studies reported that direct and processed smears were 

prepared and interpreted in the same laboratory. Two (40%) studies reported that the laboratory in which microscopy 

was performed had an external quality assurance system in place. Three (60%) studies met all QUADAS criteria (Figure 

4A) [14, 19]. Of the remaining 2 studies, 1 did not enroll ambulatory TB suspects, 2 did not adequately describe patient 

selection, and 1 did not report whether microscopy results were interpreted in a blinded fashion. 

Sensitivity was consistent across studies for direct microscopy (range 49‐51%, I‐squared 0%, p=0.99), but not for 

bleach sedimentation microscopy (range 52‐83%, I‐squared 90%, p<0.001) (Figure 4B). Estimates of the sensitivity 

difference between bleach sedimentation and direct microscopy were inconsistent (I‐squared 89%, p<0.001) (Figure 4C). 

Pooled sensitivity was higher for bleach sedimentation (63%, 95% CI 51‐74%) than for direct (50%, 95% CI 47‐53%) 

Page 11: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

11 

 

microscopy (Table 2). When sensitivity differences were pooled across studies, bleach sedimentation microscopy was 9% 

(95% CI 4‐14%, p=0.001) more sensitive than direct microscopy (Table 3). 

Specificity was consistent for direct microscopy (range 96‐99%, I‐squared 8%, p=0.36) but was more variable for 

bleach sedimentation microscopy (range 86‐99%, I‐squared 90%, p<0.001). Pooled specificity was high for both bleach 

sedimentation (96%, 95% CI 91‐99%) and direct (98%, 95% CI 97‐99%) microscopy. However, there was a small decrease 

in specificity with bleach sedimentation microscopy (‐2%, 95% CI ‐5% to 0%, p=0.05), though this difference was not 

statistically significant. The HSROC curve for bleach sedimentation microscopy was closer to the upper left corner of the 

plot and entirely above the curve for direct microscopy (Figure 4D). Though both the summary estimate for sensitivity 

and the HSROC curve favor bleach sedimentation, positive and negative likelihood ratios were higher for direct 

microscopy (Table 2). 

In sub‐group analysis, estimates of sensitivity difference were more consistent among studies using short‐term 

sedimentation (2 studies, I‐squared 0%, p=0.85) but not overnight sedimentation (3 studies, I‐squared 90%, p<0.001) 

(Figure 4C). Compared to direct microscopy, bleach microscopy was 2% (95% CI 1‐4%, 0.001) more sensitive in studies 

using short‐term sedimentation and 20% (95% CI 3‐37%, 0.02) more sensitive in studies using overnight sedimentation. 

There was no significant difference in specificity with either short‐term (‐2%, 95% CI ‐5% to 0%, p=0.05) or overnight 

sedimentation (‐3%, 95% CI ‐6% to +1%, p=0.17). 

 

NALC‐NaOH centrifugation (8 studies).[17, 20‐25] All studies were of cross sectional design, reported similar NALC‐

NaOH processing methods, and used high speed centrifugation. Four (50%) studies examined smears using light 

microscopy (Ziehl‐Neelsen stain). Seven (88%) studies reported that direct and processed smears were prepared and 

interpreted in the same laboratory and 1 (13%) study reported that the laboratory in which microscopy was performed 

had an external quality assurance system in place. No study met all QUADAS criteria assessed (Figure 5A). No study 

reported enrolling ambulatory tuberculosis suspects, 2 (25%) studies clearly described patient selection, and 5 (63%) 

studies reported that microscopy results were interpreted in a blinded fashion. 

Page 12: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

12 

 

Two studies were excluded when calculating pooled estimates of diagnostic accuracy because data to calculate 

specificity were not reported. Sensitivity was inconsistent across studies for NALC‐NaOH centrifugation (range 52‐93%, I‐

squared 93%, p<0.001) and direct (range 29‐82%, I‐squared 86%, p<0.001) microscopy (Figure 5B). Estimates of the 

sensitivity difference between NALC‐NaOH centrifugation and direct microscopy were also inconsistent (I‐squared 94%, 

p<0.001) (Figure 5C). Pooled sensitivity was higher for NALC‐NaOH centrifugation (78%, 95% CI 62‐89%) than for direct 

(55%, 95% CI 47‐62%) microscopy (Table 2). When sensitivity differences were pooled across studies, NALC‐NaOH 

centrifugation microscopy was 19% (95% CI 7‐32%, p=0.002) more sensitive than direct microscopy (Table 3).  

Specificity was consistent for direct microscopy (range 79‐100%, I‐squared 50%, p=0.08) but was more variable 

for NALC‐NaOH centrifugation microscopy (range 32‐100%, I‐squared 93%, p<0.001).  Pooled specificity estimates were 

high for both NALC‐NaOH centrifugation (95%, 95% CI 78‐99%) and direct (99%, 95% CI 96‐100%) microscopy. There was 

a small decrease in specificity with NALC‐NaOH centrifugation (‐1%, 95% CI ‐2% to 0%, p=0.14), but this difference was 

not statistically significant. The HSROC curve for NALC‐NaOH centrifugation microscopy was closer to the upper left 

corner of the plot and entirely above the curve for direct microscopy (Figure 5D). Though both the summary estimate for 

sensitivity and the HSROC curve favor NALC‐NaOH centrifugation, positive and negative likelihood ratios were higher for 

direct microscopy (Table 2). 

 

NaOH centrifugation (6 studies).[10, 15, 26‐29] All studies were of cross sectional design and performed chemical 

processing with 4% NaOH. Four (67%) studies used high speed centrifugation and 5 (83%) studies examined smears 

using light microscopy (Ziehl‐Neelsen stain). All studies reported that direct and processed smears were prepared and 

interpreted in the same laboratory and 1 (17%) study reported that the laboratory in which microscopy was performed 

had an external quality assurance system in place. One study (17%) [27] met all QUADAS criteria assessed (Figure 6A). Of 

the remaining 5 studies, 3 reported enrolling ambulatory tuberculosis suspects, 2 clearly described patient selection, and 

2 reported that microscopy results were interpreted in a blinded fashion. 

Page 13: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

13 

 

One study was excluded when calculating pooled estimates of diagnostic accuracy because data to calculate 

specificity were not reported. Sensitivity was inconsistent across studies for NaOH centrifugation (range 45‐94%, I‐

squared 95%, p<0.001) and direct (range 47‐80%, I‐squared 94%, p<0.001) microscopy (Figure 6B). Estimates of the 

sensitivity difference between NaOH centrifugation and direct microscopy were also inconsistent (I‐squared 95%, 

p<0.001) (Figure 6C). Pooled sensitivity was higher for NaOH centrifugation (78%, 95% CI 61‐89%) than for direct (65%, 

95% CI 52‐75%) microscopy (Table 2). When sensitivity differences were pooled across studies, NaOH centrifugation 

microscopy was 8% (95% CI 1‐16%, p=0.03) more sensitive than direct microscopy (Table 3).  

Specificity was consistent for NaOH centrifugation (range 95‐99%, I‐squared 0%, p=0.66) and direct (range 95‐

99%, I‐squared 53%, p=0.08) microscopy.  Pooled specificity was high for both NaOH centrifugation (99%, 95% CI 98‐

99%) and direct (99%, 95% CI 98‐99%) microscopy. There was no significant difference in specificity between the two 

methods (0%, 95% CI ‐1% to +1%, p=0.53). The HSROC curve for NaOH centrifugation microscopy was closer to the 

upper left corner of the plot and entirely above the curve for direct microscopy (Figure 6D). In addition, NaOH 

centrifugation had a higher positive but not negative likelihood ratio compared to direct microscopy (Table 2).  

 

HIV, any processing method (4 studies).[11, 12, 21] Direct microscopy was compared to microscopy following bleach 

centrifugation in 3 studies and NALC‐NaOH centrifugation in 1 study. Three (75%) studies examined smears using light 

microscopy (Ziehl‐Neelsen stain). Three (75%) studies reported that direct and processed smears were prepared and 

interpreted in the same laboratory and 3 (75%) studies reported that the laboratory in which microscopy was performed 

had an external quality assurance system in place. One study (25%) [11] met all QUADAS criteria assessed (Figure 6A). Of 

the remaining 3 studies, none reported enrolling ambulatory tuberculosis suspects, none clearly described patient 

selection, and 2 reported that microscopy results were interpreted in a blinded fashion. 

One study was excluded when calculating pooled estimates of diagnostic accuracy because data to calculate 

specificity were not reported. Sensitivity was consistent across studies for processed (range 52‐55%, I‐squared 0%, 

p=0.88) and direct (range 47‐51%, I‐squared 0%, p=0.68) microscopy (Figure 7B). However, estimates of the sensitivity 

Page 14: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

14 

 

difference (I‐squared 82%, p=0.004) between processed and direct microscopy were inconsistent (Figure 7C). Specificity 

was consistent for direct microscopy (range 99‐100%, I‐squared 0%, p=0.78) but was more variable for processed 

microscopy (range 89‐99%, I‐squared 84%, p=0.002).  Pooled estimates for sensitivity and specificity could not be 

calculated as HSROC analysis requires a minimum of 4 studies that report data to calculate both sensitivity and 

specificity. However, when sensitivity and specificity differences were pooled across studies, there was a small increase 

in sensitivity (5%, 95% CI 0‐10%, p=0.04) and decrease in specificity (‐3%, 95% CI ‐6% to 0%, p‐0.10) with processed 

microscopy (Table 3). 

 

GRADE Evidence Profiles and Summary of Findings 

GRADE stands for “the grading of recommendations assessment, development and evaluation”.[30] The GRADE 

approach can be used to grade the quality of evidence and strength of recommendations of diagnostic tests and 

strategies. As recommended, the quality of evidence (Table 4A‐4D) and summary of findings (Table 5A‐5D) are 

presented for each comparison of direct and processed microscopy. The overall quality of evidence was graded as “very 

low” for all comparisons, indicating that any estimate of effect is uncertain.  

 

DISCUSSION 

Principal findings 

In this systematic review, we found that four sputum processing methods to improve the diagnostic accuracy of smear 

were commonly reported in the literature: 1) Bleach centrifugation; 2) Bleach sedimentation; 3) NALC‐NaOH 

centrifugation; and 4) NaOH centrifugation. With the exception of NALC‐NaOH centrifugation, these sputum processing 

methods led to small (6‐9%) increases in the sensitivity of microscopy compared to direct smear examination. Though 

NALC‐NaOH centrifugation resulted in a larger increase in sensitivity (19%), the confidence interval around this point 

estimate was wide (7‐32%) and the studies in this group had serious quality limitations. We also found that sputum 

Page 15: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

15 

 

processing resulted in small decreases (1‐3%) in specificity, though this finding was only statistically significant with 

bleach centrifugation. 

As in the previous review, compared to direct microscopy, microscopy using sputum treated with bleach and other 

chemicals and concentrated by centrifugation was found to be more sensitive. However, in comparison to the findings in 

the previous review, the magnitude of increase in sensitivity was smaller. Possible explanations for the differences in our 

findings include: 1) Inclusion of additional studies published since the prior review; 2) use of random rather than fixed 

effects modeling; and 3) pooling of sensitivity differences using meta‐analytic methods rather than simple weighted 

averages.  

Strengths and limitations of the systematic review 

Our systematic review had several strengths. We used a standard protocol for doing the systematic review, including a 

comprehensive search strategy to retrieve both published and unpublished relevant studies. Two reviewers 

independently carried out all data extraction. We used rigorous methods for data analysis and attained similar results 

with several different approaches to data analysis (HSROC analysis, standard random effects meta‐analysis, and 

generalized estimating equation modeling).  

The major limitation of our systematic review was the considerable heterogeneity in diagnostic accuracy estimates for 

both direct and processed smear microscopy in most comparisons. Heterogeneity was expected given the variation in 

processing methods, study design, study settings, and patient selection. For bleach centrifugation, we found that 

centrifugation speed accounted for some of the heterogeneity in study results. However, there were either insufficient 

studies or we were unable to identify sources of heterogeneity for other processing methods. Due to the significant 

heterogeneity, the pooled estimates reported in our systematic review should be interpreted with caution. However, 

the similar findings obtained with multiple different analyses lend support to our overall conclusions.  

Page 16: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

16 

 

In addition to inconsistent results across studies, the quality of evidence was also downgraded due to limitations in 

study design. At least one QUADAS criterion was not satisfied by a majority of studies in every group.  

 

CONCLUSIONS 

We found very low quality evidence that sputum processing by bleach centrifugation, bleach sedimentation, NALC‐

NaOH centrifugation, or NaOH centrifugation results in small increases in sensitivity compared to direct microscopy for 

the diagnosis of pulmonary tuberculosis.

Page 17: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

17 

 

REFERENCES 

1.  Steingart KR, Ng V, Henry M, et al. Sputum processing methods to improve the sensitivity of smear microscopy for tuberculosis: a systematic review. Lancet Infect Dis 2006 Oct;6(10):664‐74. 2.  Deville WL, Buntinx F, Bouter LM, et al. Conducting systematic reviews of diagnostic studies: didactic guidelines. BMC Med Res Methodol 2002 Jul 3;2:9. 3.  Gatsonis C, Paliwal P. Meta‐analysis of diagnostic and screening test accuracy evaluations: methodologic primer. AJR Am J Roentgenol 2006 Aug;187(2):271‐81. 4.  Leeflang MM, Deeks JJ, Gatsonis C, Bossuyt PM. Systematic reviews of diagnostic test accuracy. Ann Intern Med 2008 Dec 16;149(12):889‐97. 5.  Pai M, McCulloch M, Enanoria W, Colford JM, Jr. Systematic reviews of diagnostic test evaluations: What's behind the scenes? ACP J Club 2004 Jul‐Aug;141(1):A11‐3. 6.  Whiting P, Rutjes AW, Reitsma JB, Bossuyt PM, Kleijnen J. The development of QUADAS: a tool for the quality assessment of studies of diagnostic accuracy included in systematic reviews. BMC Med Res Methodol 2003 Nov 10;3:25. 7.  Lijmer JG, Bossuyt PM, Heisterkamp SH. Exploring sources of heterogeneity in systematic reviews of diagnostic tests. Stat Med 2002 Jun 15;21(11):1525‐37. 8.  Rutter CM, Gatsonis CA. A hierarchical regression approach to meta‐analysis of diagnostic test accuracy evaluations. Stat Med 2001 Oct 15;20(19):2865‐84. 9.  Daley P, Michael JS, S K, et al. A pilot study of short‐duration sputum pretreatment procedures for optimizing smear microscopy for tuberculosis. PLoS One 2009;4(5):e5626. 10.  Angeby KA, Alvarado‐Galvez C, Pineda‐Garcia L, Hoffner SE. Improved sputum microscopy for a more sensitive diagnosis of pulmonary tuberculosis. Int J Tuberc Lung Dis 2000 Jul;4(7):684‐7. 11.  Bruchfeld J, Aderaye G, Palme IB, Bjorvatn B, Kallenius G, Lindquist L. Sputum concentration improves diagnosis of tuberculosis in a setting with a high prevalence of HIV. Trans R Soc Trop Med Hyg 2000 Nov‐Dec;94(6):677‐80. 12.  Eyangoh SI, Torrea G, Tejiokem MC, et al. HIV‐related incremental yield of bleach sputum concentration and fluorescence technique for the microscopic detection of tuberculosis. Eur J Clin Microbiol Infect Dis 2008 Sep;27(9):849‐55. 13.  Gebre N, Karlsson U, Jonsson G, et al. Improved microscopical diagnosis of pulmonary tuberculosis in developing countries. Trans R Soc Trop Med Hyg 1995 Mar‐Apr;89(2):191‐3. 14.  Merid Y, Yassin MA, Yamuah L, Kumar R, Engers H, Aseffa A. Validation of bleach‐treated smears for the diagnosis of pulmonary tuberculosis. Int J Tuberc Lung Dis 2009 Jan;13(1):136‐41. 15.  Mutha A, Tiwari S, Khubnani H, Mall S. Application of bleach method to improve sputum smear microscopy for the diagnosis of pulmonary tuberculosis. Indian J Pathol Microbiol 2005 Oct;48(4):513‐7. 16.  Wilkinson D, Sturm AW. Diagnosing tuberculosis in a resource‐poor setting: the value of sputum concentration. Trans R Soc Trop Med Hyg 1997 Jul‐Aug;91(4):420‐1. 17.  Farnia P, Mohammadi F, Zarifi Z, et al. Improving sensitivity of direct microscopy for detection of acid‐fast bacilli in sputum: use of chitin in mucus digestion. J Clin Microbiol 2002 Feb;40(2):508‐11. 18.  Frimpong EH, Adukpo R, Owusu‐Darko K. Evaluation of two novel Ziehl‐Neelsen methods for tuberculosis diagnosis. West Afr J Med 2005 Oct‐Dec;24(4):316‐20. 19.  Lawson L, Yassin MA, Ramsay A, et al. Microbiological validation of smear microscopy after sputum digestion with bleach; a step closer to a one‐stop diagnosis of pulmonary tuberculosis. Tuberculosis (Edinb) 2006 Jan;86(1):34‐40. 20.  Bahador A, Etemadi H, Kazemi B, Hajabdolbaghi M, Ghorbanzadeh R, Pajand O. A comparison of direct and concentrated flurochrome‐stained smears for the detection of Mycobacterium sp. in clinical respiratory specimens. Journal of Biological Sciences 2006;6(1):103‐5. 21.  Cattamanchi A, Dowdy DW, Davis JL, et al. Sensitivity of direct versus concentrated sputum smear microscopy in HIV‐infected patients suspected of having pulmonary tuberculosis. BMC Infect Dis 2009. 

Page 18: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

18 

 

22.  Ganoza CA, Ricaldi JN, Chauca J, et al. Novel hypertonic saline‐sodium hydroxide (HS‐SH) method for decontamination and concentration of sputum samples for Mycobacterium tuberculosis microscopy and culture. J Med Microbiol 2008 Sep;57(Pt 9):1094‐8. 23.  Perera J, Arachchi DM. The optimum relative centrifugal force and centrifugation time for improved sensitivity of smear and culture for detection of Mycobacterium tuberculosis from sputum. Trans R Soc Trop Med Hyg 1999 Jul‐Aug;93(4):405‐9. 24.  Peterson EM, Nakasone A, Platon‐DeLeon JM, Jang Y, de La Maza LM, Desmond E. Comparison of direct and concentrated acid‐fast smears to identify specimens culture positive for Mycobacterium spp. J Clin Microbiol 1999 Nov;37(11):3564‐8. 25.  Smithwick RW, Stratigos CB. Acid‐fast microscopy on polycarbonate membrane filter sputum sediments. J Clin Microbiol 1981 Jun;13(6):1109‐13. 26.  Apers L, Mutsvangwa J, Magwenzi J, et al. A comparison of direct microscopy, the concentration method and the Mycobacteria Growth Indicator Tube for the examination of sputum for acid‐fast bacilli. Int J Tuberc Lung Dis 2003 Apr;7(4):376‐81. 27.  Naganathan N, Ganapathy KT, Rajalakshmi R. Evaluation of sputum smears prepared by different methods. Indian J Med Res 1979 Jun;69:893‐900. 28.  Van Deun A, Chuquiyauri R, Torrea G, Agapito J, Verdonck K, Gotuzzo E. Yield of fluorescence microscopy versus culture for tuberculosis at a middle‐income country referral hospital. Trans R Soc Trop Med Hyg 2008 Jun;102(6):564‐9. 29.  Vasanthakumari R. Concentrated sputum smear microscopy: a simple approach to better case detection in pulmonary tuberculosis. Indian J Tuberc 1988;35(2):80‐2. 30.  Schunemann HJ, Oxman AD, Brozek J, et al. Grading quality of evidence and strength of recommendations for diagnostic tests and strategies. BMJ 2008 May 17;336(7653):1106‐10.   

Page 19: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

19 

 

Table 1. Characteristics of included studies with culture as the reference standard  

A. BLEACH CENTRIFUGATION Study  Country  Stain  Chemical 

Method Physical  Method 

Study Population Health Care Setting 

Patient Selection 

N  

EQA Smears Blinded 

Smear Positive Criteria 

Ängeby (a), 2000 

Honduras  ZN  Bleach 5.25% 

Cent 3000 g  Pulmonary TB suspects/ patients 

Inpatient and outpatient 

Convenience  303  NR NR Unclear

Bruchfeld, 2000 

Ethiopia  ZN  Bleach     5% 

Cent 3000 g  Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive  510  NR Yes 1

Daley (a), 2009 

India  AO  Bleach  Cent  3000 g  Pulmonary TB suspects 

Inpatient and outpatient 

Consecutive  178  Yes Yes 1

Eyangoh (a), 2005 

Cameroon  ZN  Bleach 1.8% 

Cent  400 g  Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive  936  Yes Yes 10

Eyangoh (b), 2005 

Cameroon  AO  Bleach 1.8% 

Cent  400 g  Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive  936  Yes Yes 10

Gebre (a), 1995 

Ethiopia  ZN  Bleach 4.4% 

Cent speed NR  

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Convenience  100  NR Yes Unclear

Merid (c), 2009 

Ethiopia  ZN  Bleach 5% 

Cent 3000 g  Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive  497  Yes Yes 1

Mutha (b), 2005 

India  ZN  Bleach 5% 

Cent 3000 rpm 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Convenience  297  NR NR Unclear

Wilkinson, 1997 

South Africa 

ZN  Bleach     4‐5% 

Cent 1000 g  Pulmonary TB suspects 

Inpatient Consecutive  166  NR Yes Unclear

B. BLEACH SEDIMENTATION Study  Country  Stain  Chemical 

Method Physical  Method 

Study Population Health Care Setting 

Patient Selection 

N  

EQA Smears Blinded 

Smear Positive Criteria 

Farnia (b), 2002 

Iran  ZN  Bleach % NR 

Sed 12‐15 hours 

Pulmonary TB suspects 

Inpatient and outpatient 

Convenience  430  NR Yes 1

Frimpong (b), 2005 

Ghana  ZN  Bleach 1% 

Flotation  Pulmonary TB suspects 

Outpatient NR 131  NR NR Unclear

Lawson, 2006  Nigeria  ZN  Bleach 3.5% 

Sed <1h  Pulmonary TB suspects 

Outpatient Convenience  752  NR Yes 1

Merid (a), 2009 

Ethiopia  ZN  Bleach 5% 

Sed <1h  Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive  497  Yes Yes 1

Merid (b), 2009 

Ethiopia  ZN  Bleach 5% 

Sed overnight 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive  497  Yes Yes 1

C. NALC‐NaOH CENTRIFUGATION Study  Country  Stain  Chemical 

Method Physical  Method 

Study Population Health Care Setting 

Patient Selection 

N  

EQA Smears Blinded 

Smear Positive Criteria 

Bahador, 2006 

Iran  AR  NALC‐NaOH 

Cent  3000 g  Pulmonary TB suspects 

NR Consecutive  903  NR NR 1

Page 20: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

20 

 

Cattamanchi, 2009 

Uganda  ZN  NALC‐NaOH 

Cent 3000 g  Pulmonary TB suspects 

Inpatient Consecutive  279  Yes Yes 1

Farnia (a), 2002 

Iran  ZN  NALC‐NaOH 

Cent 3000 g  Pulmonary TB suspects 

Inpatient and outpatient 

Convenience  430  NR Yes 1

Ganoza (a), 2008 

Peru  ZN  NALC‐NaOH 

Cent 3400 g  Pulmonary TB suspects 

NR Convenience  94  NR Yes 1

Perera, 1999  Sri Lanka  ZN  NALC‐NaOH 

Cent 4000 g  Pulmonary TB suspects 

NR Convenience  163  NR NR 3

Peterson (a), 1999 

USA  AO  NALC‐NaOH 

Cent 3200 g  Specimens Inpatient and outpatient 

Convenience  207  NR Yes 3

Peterson (b), 1999 

USA  AR  NALC‐NaOH 

Cent 2500 g  Specimens Outpatient Convenience  44  NR Yes 3

Smithwick, 1981 

USA  AP  NALC‐NaOH 

Cent 2000 g  Specimens NR Convenience  916  NR NR 1

D. NaOH CENTRIFUGATION Study  Country  Stain  Chemical 

Method Physical  Method 

Study Population Health Care Setting 

Patient Selection 

N  

EQA Smears Blinded 

Smear Positive Criteria 

Ängeby (b), 2000 

Honduras  ZN  NaOH  Cent 3000 g  Pulmonary TB suspects/ patients 

Inpatient and outpatient 

Convenience  303  NR NR Unclear

Apers, 2003  Zimbabwe  ZN  NaOH  Cent 2000‐3000 g 

Pulmonary TB suspects 

Inpatient and outpatient 

Consecutive  256  NR NR 1

Mutha (a), 2005 

India  ZN  NaOH  Cent 1500 g  Pulmonary TB suspects 

Outpatient Convenience  297  NR NR Unclear

Naganathan, 1979 

India  ZN  NaOH  Cent 4000 rpm 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Convenience  1499 

NR Yes 1

Van Deun, 2008 

Peru  AO  NaOH  Cent 3000 g  Pulmonary TB suspects 

Inpatient and outpatient 

Consecutive  1553 

Yes Yes 1

Vasanthakumari, 1988 

India  ZN  NaOH  Cent 3000 rpm 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive  148  NR NR 3

E. OTHER PROCESSING METHODS Study  Country  Stain  Chemical 

Method Physical  Method 

Study Population Health Care Setting 

Patient Selection 

N  

EQA Smears Blinded 

Smear Positive Criteria 

Biswas (b), 1987 

India  ZN  Bleach % NR 

Flotation  Pulmonary TB suspects 

NR Convenience  102  NR NR Unclear

Chakravorty, 2005 

India  ZN  USP  Cent 5000‐ 6000 g 

Pulmonary TB suspects 

NR Convenience  571  NR NR 1

Daley (b), 2009 

India  AO  USP  Cent  3000 g  Pulmonary TB suspects 

Inpatient and outpatient 

Consecutive  178  Yes Yes 1

Frimpong (a),  2005 

Ghana  ZN  Bleach 1% 

Sed 15 hours Pulmonary TB suspects 

Outpatient NR 131  NR NR Unclear

Page 21: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

21 

 

Ganoza (b), 2008 

Peru  ZN  HS‐NaOH 

Cent 3400 g  Pulmonary TB suspects 

Outpatient Convenience  94  Yes Yes 1

Haldar, 2007  India  ZN  USP  Cent 5000 g  Specimens Outpatient Convenience  148  No Yes 1

Laserson (a), 2005 

Vietnam  ZN  CB‐18  Cent 1818 g  Pulmonary TB suspects 

Outpatient NR 338  NR NR 1

Laserson (b), 2005 

Vietnam  A R  CB‐18  Cent 1818 g  Pulmonary TB suspects 

Outpatient NR 338  NR NR 1

Abbreviations: AO, Auramine‐O; AP, Auramine‐Phenol; AR, Auramine‐Rhodamine; AR, Cent, Centrifugation; NR, NALC‐NaOH, N‐acetyl‐L‐cysteine sodium‐hydroxide solution; HS, hypertonic saline; NR, Not Reported; Sed, Sedimentation; TB, tuberculosis; USP, universal sample processing solution; ZN, Ziehl‐Neelsen 

Page 22: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

22 

 

Table 2. Processed versus Direct Microscopy: Pooled Sensitivity and Specificity 

Sputum Processing Group 

No. of Studies 

Sensitivity* %          (95% CI) 

Specificity* %          (95% CI) 

Likelihood Ratio +  Likelihood Ratio ‐

Processed  Direct Processed Direct Processed Direct  Processed Direct

Bleach Centrifugation 

9  65          (59, 71)    

56         (49, 63) 

96          (93 98) 

98         (97, 99) 

17          (9, 32) 

31         (17, 56) 

.36         (.31, .43) 

.44         (.38, .52) 

Bleach Sedimentation 

5  63          (51, 74)  

50         (47, 53)  

96          (91, 99) 

98         (97, 99) 

17          (6, 46) 

23         (15, 36) 

.38         (.27, .53) 

.51         (.48, .54) 

NALC‐NaOH Centrifugation 

6†  78          (62, 89)  

55         (47, 62) 

95          (78, 99) 

99         (96, 100) 

17          (3, 86) 

89         (15, 542) 

.23         (.13, .42) 

.45         (.38, .54) 

NaOH Centrifugation 

5††  78          (61, 89) 

65        (52, 75) 

99          (98, 99) 

99         (98, 99) 

68          (45, 101) 

44         (31, 63) 

.22         (.11, .42) 

.36    (.26, .50) 

* Pooled estimates calculated using hierarchical summary receiver operating characteristic analysis † 2 studies excluded (data to calculate specificity not reported) †† 1 study excluded (data to calculate specificity not reported) Abbreviations: CI, confidence interval; NALC‐NaOH, N‐acetyl‐L‐cysteine – Sodium hydroxide; NaOH, Sodium hydroxide.

Page 23: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

23 

 

Table 3. Processed versus Direct Microscopy: Pooled Sensitivity and Specificity Differences Sputum Processing Group  Number of 

Studies 

Sensitivity Difference*, % 

(95% CI) 

Specificity Difference*, % 

(95% CI) 

Bleach centrifugation  9  6  

(3, 10) 

‐3  

(‐4, ‐1) 

Bleach sedimentation  5  9  

(4, 14) 

‐2  

(‐5, 0) 

NALC‐NaOH Centrifugation  6†  19  

(7, 32) 

‐1  

(‐2, 0) 

NaOH Centrifugation  5††  8  

(1, 16) 

0  

(‐1, 1) 

HIV, Any Processing Method  3††  5  

(0, 10) 

‐3  

(‐6, 0) 

* Positive difference favors processed microscopy; pooled estimate calculated using random effects meta‐analysis † 2 studies excluded (data to calculate specificity not reported) †† 1 study excluded (data to calculate specificity not reported) Abbreviations: CI, confidence interval; NALC‐NaOH, N‐acetyl‐L‐cysteine – Sodium hydroxide; NaOH, Sodium hydroxide.  

Page 24: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

24 

 

Table 4. GRADE Evidence profiles   4A.Bleach Centrifugation 

                     Effect  (20% prevalence)   

No. of studies   Design   Limitations Directness  (Generalizability) Consistency  

Imprecise or sparse data 

Publication  Bias   Processed  Direct 

Absolute Difference 

Quality of evidence (GRADE) 

1. True positives  (Patients with pulmonary TB)                  

 9 studies, 3923 participants 1 

Cross‐sectional  

Moderate 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4 

Serious5   Unlikely   130 per 1000 

112  per 1000 

18 per 1000 

Very low 

2. True negatives  (Patients without pulmonary TB)              

9 studies, 3923 participants 1 

Cross‐sectional  

Moderate 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious 5  Unlikely   768 per 1000 

784 per 1000 

‐16 per 1000 

Very low 

3. False positives   (Patients incorrectly diagnosed with pulmonary TB)              

 9 studies, 3923 participants 1 

Cross‐sectional  

Moderate 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious 5  Unlikely   32 per 1000 

16 per 1000 

16 per 1000 

Very low 

4. False negatives  (Patients missed with pulmonary TB )              

 9 studies, 3923 participants 1 

Cross‐sectional  

Moderate 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious 5  Unlikely   70 per 1000 

88  per 1000 

‐ 18 per 1000 

Very low 

Page 25: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

25 

 

  Sensitivity (95% CI): processed 65% (59, 71); direct 56% (49, 63); Specificity (95% CI): processed 96% (93, 98), direct 98% (97, 99)      

FOOTNOTES: 1Five (56%) studies performed bleach processing using ≥ 5% bleach, 5 (56%) studies performed centrifugation at high speed (≥ 2500 revolutions per minute [rpm] or ≥ 2000 g), and 7 (78%) studies examined smears using light microscopy (Ziehl‐Neelsen stain). 2About 70% of studies considered representative; majority of studies were blinded. Culture is not a perfect reference standard. 3Absence of direct evidence about patient‐important outcomes: false positives, likely detriment from unnecessary treatment and may halt further diagnostic work‐up; false negatives, likely increased morbidity from delayed treatment. 4Sensitivity was inconsistent across studies for bleach centrifugation (range 44‐73%, I‐squared 75%, p<0.001) and direct microscopy (range 31‐72%, I‐squared 87%, p<0.001). 5Wide confidence intervals for sensitivity estimates for both processed and direct microscopy.    4B. Bleach Sedimentation                       Effect  (20% prevalence)   

No. of studies   Design   Limitations Directness  (Generalizability) Consistency  

Imprecise or sparse data 

Publication  Bias   Processed  Direct 

Absolute Difference 

Quality of evidence (GRADE) 

1. True positives  (Patients with pulmonary TB)                  

 5 studies, 2307 participants1  

Cross‐sectional 

Minor 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious 5  Unlikely   126 per 1000 

100  per 1000 

26 per 1000 

Very Low 

2. True negatives  (Patients without pulmonary TB)              

 5 studies 1  Cross‐sectional  

Minor 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious 5  Unlikely   768 per 1000 

784 per 1000 

‐16 per 1000 

Very Low 

3. False positives   (Patients incorrectly diagnosed with pulmonary TB)              

 5 studies, 2307 participants1 

Cross‐sectional  

Minor 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious 5  Unlikely   32  per 1000 

16 per 1000 

16 per 1000 

Very Low 

Page 26: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

26 

 

4. False negatives  (Patients missed with pulmonary TB )              

 5 studies, 2307 participants1 

Cross‐sectional  

Minor 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious 5  Unlikely   74 per 1000 

100  per 1000 

‐ 26 per 1000 

Very Low 

  Sensitivity (95% CI): processed 63%  (51, 74); direct 50% (47, 53); Specificity (95% CI): processed 96%  (91, 99), direct 98% (97, 99)      

FOOTNOTES: 1 Five (40%) studies performed bleach processing using ≥ 5% bleach, 3 (60%) studies performed overnight sedimentation, and all studies examined smears using light microscopy (Ziehl‐Neelsen stain). 2 One study did not enroll ambulatory TB suspects. One study did not report whether microscopy results were interpreted in a blinded fashion. Culture is not a perfect reference standard; 3Absence of direct evidence about patient‐important outcomes: false positives, likely detriment from unnecessary treatment and may halt further diagnostic work‐up; false negatives, likely increased morbidity from delayed treatment. 4 Sensitivity was consistent across studies for direct microscopy (range 49‐51%, I‐squared 0%, p=0.99), but not for bleach sedimentation microscopy (range 52‐83%, I‐squared 90%, p<0.001). 5 Relatively wide confidence intervals for sensitivity of processed microscopy.    4C. NALC‐NaOH Centrifugation                          Effect  (20% prevalence)   

No. of studies   Design   Limitations Directness  (Generalizability) Consistency  

Imprecise or sparse data 

Publication  Bias   Processed  Direct 

Absolute Difference 

Quality of evidence (GRADE) 

1. True positives  (Patients with pulmonary TB)                  

 6 studies, 2785 participants 1 

Cross‐sectional  

Serious 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious 5  Unlikely   156 per 1000 

110  per 1000 

46 per 1000 

Very low 

2. True negatives  (Patients without pulmonary TB)              

 6 studies, 2785 participants 1 

Cross‐sectional  

Serious 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious 5  Unlikely   760 per 1000 

792 per 1000 

‐32 per 1000 

Very low 

Page 27: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

27 

 

3. False positives   (Patients incorrectly diagnosed with pulmonary TB)              

 6 studies, 2785 participants 1 

Cross‐sectional  

Serious 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious 5  Unlikely   40 per 1000 

8 per 1000 

32 per 1000 

Very low 

4. False negatives  (Patients missed with pulmonary TB )              

6 studies, 2785 participants 1 

Cross‐sectional  

Serious 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious 5  Unlikely   44 per 1000 

90  per 1000 

‐ 46 per 1000 

Very low 

  Sensitivity (95% CI): processed 78% (62, 89); direct 55% (47, 62); Specificity (95% CI): processed 95%  (78, 99), direct 99% (96, 100)      

FOOTNOTES: 1All studies reported similar NALC‐NaOH processing methods and used high speed centrifugation; four (50%) studies examined smears using light microscopy (Ziehl‐Neelsen stain). 2 No study reported enrolling ambulatory TB suspects. Only 2 (25%) studies clearly described patient selection; 5 (63%) studies reported that microscopy results were interpreted in a blinded fashion. Culture is not a perfect reference standard; 3Absence of direct evidence about patient‐important outcomes: false positives, likely detriment from unnecessary treatment and may halt further diagnostic work‐up; false negatives, likely increased morbidity from delayed treatment. 4 Sensitivity was inconsistent across studies for NALC‐NaOH centrifugation (range 52‐93%, I‐squared 93%, p<0.001) and direct (range 29‐82%, I‐squared 86%, p<0.001) microscopy. 5Wide confidence intervals for sensitivity of processed microscopy.    4D. NaOH Centrifugation                       Effect  (20% prevalence)   

No. of studies   Design   Limitations Directness  (Generalizability) Consistency  

Imprecise or sparse data 

Publication  Bias   Processed  Direct 

Absolute Difference 

Quality of evidence (GRADE) 

1. True positives  (Patients with pulmonary TB)                  

 6 studies, 4056 participants 1 

Cross‐sectional  

Serious 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious5  Unlikely   156 per 1000 

130  per 1000 

26 per 1000 

Very Low 

Page 28: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

28 

 

2. True negatives  (Patients without pulmonary TB)              

 6 studies, 4056 participants 1 

Cross‐sectional  

Serious 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious5  Unlikely   792 per 1000 

792 per 1000 

0 per 1000 Very Low 

3. False positives   (Patients incorrectly diagnosed with pulmonary TB)              

 6 studies, 4056 participants 1 

Cross‐sectional  

Serious 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious5  Unlikely   8  per 1000 

8 per 1000 

0 per 1000 Very Low 

4. False negatives  (Patients missed with pulmonary TB )              

6 studies, 4056 participants 1 

Cross‐sectional  

Serious 2  Some uncertainty3 

Serious inconsistency4

Serious5  Unlikely   44 per 1000 

70  per 1000 

‐ 26 per 1000 

Very Low 

  Sensitivity (95% CI): processed 78%  (61, 89); direct 65% (52, 75); Specificity (95% CI): processed 99% (98 99), direct 99% (98, 99)      

FOOTNOTES: 1All studies were of cross sectional design and performed chemical processing with 4% NaOH. Four (67%) studies used high speed centrifugation and 5 (83%) studies examined smears using light microscopy (Ziehl‐Neelsen stain). 2Only two studies reported that microscopy results were interpreted in a blinded fashion. 3Three studies reported enrolling ambulatory tuberculosis suspects. Culture is not a perfect reference standard; absence of direct evidence about patient‐important outcomes: false positives, likely detriment from unnecessary treatment and may halt further diagnostic work‐up; false negatives, likely increased morbidity from delayed treatment. 4Sensitivity was inconsistent across studies for NaOH centrifugation (range 45‐94%, I‐squared 95%, p<0.001) and direct (range 47‐80%, I‐squared 94%, p<0.001) microscopy. 5Wide confidence intervals for sensitivity for both processed and direct microscopy. 

 

Page 29: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

29 

 

         Table 5. GRADE Summary of Findings   

All results are given per 1000 patients tested for a prevalence of 20% and the likelihood ratios shown above. TP – true positive results ‐ important because may lead to treatment initiation TN – true negative results ‐ important because spare patients unnecessary treatment  FP – false positive results ‐ important because patients are exposed to unnecessary possibility of adverse effects from drugs  FN – false negative results ‐ important because increase the risk of severe disease as a result of delayed diagnosis Sensitivity = TP/TP + FN); specificity = TN/ (FP + TN);   LR, likelihood ratios: LR+=sensitivity/(1‐specificity); LR‐ = (1‐sensitivity)/specificity CI, confidence interval § assuming that the reference standard, culture, does not yield false positives or false negatives. + On a 9 point scale GRADE recommends the approach to classify these outcomes as not important (score 1 – 3), important (4 – 6), and critical (7 – 9) to a decision. * Inconclusive results are uninterpretable test results – important because generate anxiety, uncertainty as to how to proceed, further testing and possible negative consequences of either treating or not treating

5A. Should sputum processing by bleach centrifugation versus direct microscopy be used to diagnose pulmonary tuberculosis?                                                                                 Quality of Evidence, Very Low  ⊕  

Test findings (95% CI)  ‐ Processed microscopy                                             

Pooled sensitivity %  65 (59‐71)     LR(+)  17 (9‐32)  

Pooled specificity %  96 (93‐98)  LR(–)  .36 (.31‐.43) 

Consequences   Number per 1000   Importance+

TP  130    9

TN   768    9

FP   32    9

FN   70    9

Inconclusive results*   Not calculated –   5

Complications   None –   5

Cost  Not calculated –   5

Test findings (95% CI) ‐  Direct microscopy 

Pooled sensitivity  56 (49‐63)  LR(+)  31 (17, 56) 

Pooled specificity  98 (97‐99)  LR(–)  .44 (.38, .52) 

Consequences   Number per 1000   Importance+

TP  112    9

TN   784    9

FP   16    9

FN   88    9

Inconclusive results*   Not calculated –   5

Complications   None –   5

Cost  Not calculated –   5

     

Page 30: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

30 

 

 

 

All results are given per 1000 patients tested for a prevalence of 20% and the likelihood ratios shown above. TP – true positive results ‐ important because may lead to treatment initiation TN – true negative results ‐ important because spare patients unnecessary treatment  FP – false positive results ‐ important because patients are exposed to unnecessary possibility of adverse effects from drugs  FN – false negative results ‐ important because increase the risk of severe disease as a result of delayed diagnosis Sensitivity = TP/TP + FN); specificity = TN/ (FP + TN);   LR, likelihood ratios: LR+=sensitivity/(1‐specificity); LR‐ = (1‐sensitivity)/specificity CI, confidence interval § assuming that the reference standard, culture, does not yield false positives or false negatives. + On a 9 point scale GRADE recommends the approach to classify these outcomes as not important (score 1 – 3), important (4 – 6), and critical (7 – 9) to a decision. * Inconclusive results are uninterpretable test results – important because generate anxiety, uncertainty as to how to proceed, further testing and possible negative consequences of either treating or not treating 

5B. Should sputum processing by bleach sedimentation versus direct microscopy be used to diagnose pulmonary tuberculosis?                                                                                 Quality of Evidence, Very Low  ⊕  Test findings (95% CI)  ‐ Processed microscopy                                             

Pooled sensitivity %  63 (51, 74)  LR(+)  17 (6, 46) 

Pooled specificity %  96 (91, 99)  LR(–)  .38 (.27, .53) 

Consequences   Number per 1000   Importance+

TP  120    9TN   768    9FP   32    9FN   80    9Inconclusive results*   Not calculated –   5Complications   None –   5Cost  Not calculated –   5Test findings (95% CI) ‐  Direct microscopy 

 Pooled sensitivity  

50  (47, 53)    LR(+)  23 (15, 36) 

Pooled specificity  

98  (97, 99)  LR(–)  .51 (.48, .54) 

Consequences   Number per 1000   Importance+

TP  100    9TN   784    9FP   16    9FN   100    9Inconclusive results*   Not calculated –   5Complications   None –   5Cost  Not calculated –   5     

Page 31: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

31 

 

  All results are given per 1000 patients tested for a prevalence of 20% and the likelihood ratios shown above. TP – true positive results ‐ important because may lead to treatment initiation TN – true negative results ‐ important because spare patients unnecessary treatment  FP – false positive results ‐ important because patients are exposed to unnecessary possibility of adverse effects from drugs  FN – false negative results ‐ important because increase the risk of severe disease as a result of delayed diagnosis Sensitivity = TP/TP + FN); specificity = TN/ (FP + TN);   LR, likelihood ratios: LR+=sensitivity/(1‐specificity); LR‐ = (1‐sensitivity)/specificity CI, confidence interval § assuming that the reference standard, culture, does not yield false positives or false negatives. + On a 9 point scale GRADE recommends the approach to classify these outcomes as not important (score 1 – 3), important (4 – 6), and critical (7 – 9) to a decision. * Inconclusive results are uninterpretable test results – important because generate anxiety, uncertainty as to how to proceed, further testing and possible negative consequences of either treating or not treating  

 

5C. Should sputum processing by NALC‐NaOH centrifugation versus direct microscopy be used to diagnose pulmonary tuberculosis?                                                                               Quality of Evidence, Very Low  ⊕  

Test findings (95% CI)  ‐ Processed microscopy                                             

Pooled sensitivity %  78 (62‐89)  LR(+)  17 (3, 86) 

Pooled specificity %  95 (78, 99)  LR(–)  .23 (.13, .42) 

Consequences   Number per 1000   Importance+

TP  156    9TN   570    9FP   30    9FN   44    9Inconclusive results*   Not calculated –   5Complications   None –   5Cost  Not calculated –   5Test findings (95% CI) ‐  Direct microscopy 

 Pooled sensitivity  

55 (47, 62)  LR(+)  89 (15, 542) 

Pooled specificity  

99 (96, 100)  LR(–)  .45 (.38, .54) 

Consequences   Number per 1000   Importance+

TP  110    9TN   594    9FP   6    9FN   90    9Inconclusive results*   Not calculated –   5Complications   None –   5Cost  Not calculated –   5     

Page 32: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

32 

 

       

 All results are given per 1000 All rAll results are given per 1000 patients tested for a prevalence of 20% and the likelihood ratios shown above. TP – true positive results ‐ important because may lead to treatment initiation TN – true negative results ‐ important because spare patients unnecessary treatment  FP – false positive results ‐ important because patients are exposed to unnecessary possibility of adverse effects from drugs  FN – false negative results ‐ important because increase the risk of severe disease as a result of delayed diagnosis Sensitivity = TP/TP + FN); specificity = TN/ (FP + TN);   LR, likelihood ratios: LR+=sensitivity/(1‐specificity); LR‐ = (1‐sensitivity)/specificity CI, confidence interval § assuming that the reference standard, culture, does not yield false positives or false negatives. + On a 9 point scale GRADE recommends the approach to classify these outcomes as not important (score 1 – 3), important (4 – 6), and critical (7 – 9) to a decision. * Inconclusive results are uninterpretable test results – important because generate anxiety, uncertainty as to how to proceed, further testing and possible negative consequences of either treating or not treating 

5D. Should sputum processing by NaOH centrifugation versus direct microscopy be used to diagnose pulmonary tuberculosis?                                                                                    Quality of Evidence, Very Low  ⊕  

Test findings (95% CI)  ‐ Processed microscopy                                           

Pooled sensitivity %  78 (61, 89)  LR(+)  68 (45, 101) 

Pooled specificity %  99 (98, 99)  LR(–)  .22 (.11, .42) 

Consequences   Number per 1000   Importance+

TP  156    9TN   594    9FP   6    9FN   44    9

Inconclusive results*   Not calculated –   5Complications   None –   5

Cost  Not calculated –   5

Test findings (95% CI) ‐  Direct microscopy  

Pooled sensitivity  

65 (52, 75)  LR(+)  44 (31, 63) 

Pooled specificity  

99 (98, 99)  LR(–)  .36 (.26, .50) 

Consequences   Number per 1000   Importance+

TP  130    9TN   594    9FP   6    9FN   70    9

Inconclusive results*   Not calculated –   5

Complications   None –   5

Cost  Not calculated –   5

     

Page 33: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

33 

 

FIGURE 1. Flow of Studies

 

* Some comparisons were reported using a reference standard and others reported without using a reference standard in 3 studies.

Full papers retrieved for more detailed evaluation  

67

Papers (comparisons) included    50 (77) 

Papers (comparisons) using a reference standard 

25* (36) 

1146 Excluded Citations Reasons:  Duplicate publication: 421 Relevance: 725 

13 papers added from reference review and contact with experts  

49 Excluded Papers Reasons: Abstract 7 Comparison lacking 4 Could not obtain 1 Data insufficient 2 Direct microscopy missing 8 Direct smear negatives only 1 Editorial, commentary 4 Not diagnostic study 1 Not pulmonary TB 2 Relevance 17 Review 2

32 papers added from 2006 systematic review 

Papers (comparisons) not using a reference standard  

28* (41) 

Titles/abstracts identified and screened for retrieval              

1200

Page 34: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

34 

 

FIGURE 2. Analysis Flow Chart

What chemical processing method was used?

What physical processing method was used?Abbreviations: CENT, Centrifugation; SED, Sedimentation; NALC, N-Acetyl-L-Cysteine; NaOH, Sodium Hydroxide; USP, Universal Sample Processing; H-S, Hypertonic Saline; CB-18, C18-Carboxypropylbetaine; BAS, Bleach Ammonium Sulfate

Total Number

N=36

Bleach

N=14

NaOH

N=6

CENT

N=9

SED

N=5

CENT

N=6

NALC

N=8

CENT

N=8

1 H-S2 CB-182 Xylene Flotation

EXCLUDED (N=8)

3 USP

 

Page 35: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

35 

 

FIGURE 3. Bleach Centrifugation versus Direct Microscopy 

3A. Study Quality 

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Withdrawals explained?

Uninterpretable results reported?

Index test results blinded?

Index tests described?

Selection criteria described?

Representative spectrum?

Yes Unclear No   

3B. Forest Plot: Sensitivity and Specificity 

Direct microscopy

StudyAngeby (a) 2000Bruchfeld 2000Daley 2009Eyangoh (a) 2008Eyangoh (b) 2008Gebre (a) 1995Merid (c) 2009Mutha (a) 2005Wilkinson 1997

TP269126

289290

16118

1138

FP2

114420854

FN207710

139138

36113

651

TN255331138504506

48258275

73

Sensitivity0.57 [0.41, 0.71]0.54 [0.46, 0.62]0.72 [0.55, 0.86]0.68 [0.63, 0.72]0.68 [0.63, 0.72]0.31 [0.19, 0.45]0.51 [0.44, 0.58]0.65 [0.38, 0.86]0.43 [0.32, 0.54]

Specificity0.99 [0.97, 1.00]0.97 [0.94, 0.98]0.97 [0.93, 0.99]0.99 [0.98, 1.00]1.00 [0.99, 1.00]1.00 [0.93, 1.00]0.97 [0.94, 0.99]0.98 [0.96, 0.99]0.95 [0.87, 0.99]

Sensitivity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Specificity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1Bleach centrifugation

StudyAngeby (a) 2000Bruchfeld 2000Daley 2009Eyangoh (a) 2008Eyangoh (b) 2008Gebre (a) 1995Merid (c) 2009Mutha (a) 2005Wilkinson 1997

TP30

10624

312308

36147

1139

FP9

1411

514

05116

2

FN166212

116120

1684

650

TN248328131503494

48215264

75

Sensitivity0.65 [0.50, 0.79]0.63 [0.55, 0.70]0.67 [0.49, 0.81]0.73 [0.68, 0.77]0.72 [0.67, 0.76]0.69 [0.55, 0.81]0.64 [0.57, 0.70]0.65 [0.38, 0.86]0.44 [0.33, 0.55]

Specificity0.96 [0.93, 0.98]0.96 [0.93, 0.98]0.92 [0.87, 0.96]0.99 [0.98, 1.00]0.97 [0.95, 0.98]1.00 [0.93, 1.00]0.81 [0.76, 0.85]0.94 [0.91, 0.97]0.97 [0.91, 1.00]

Sensitivity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Specificity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 

Abbreviations: TP, true positives; FP, false positives; FN, false negatives; TN, true negatives  

Page 36: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

36 

 

3C. Forest Plot: Sensitivity and Specificity Differences   

 

    

3D. Hierarchical Summary Receiver Operating Characteristic Curves  

Eyangoh SI (a) (2008)* Eyangoh SI (b) (2008)* Mutha A (b) (2005)* Wilkinson D (1997)* Angeby KA (a) (2000)† Bruchfeld J (2000)† Daley P (a) (2009)† Merid Y (c) (2009)† Gebre N (a) (1995)†† 

Study 

0.05 (0.03, 0.08)0.04 (0.02, 0.06)0.00 (-0.06, 0.06)0.01 (-0.02, 0.04)0.09 (-0.02, 0.19)0.09 (0.04, 0.14)-0.06 (-0.16, 0.05)0.13 (0.08, 0.17)0.38 (0.23, 0.54)

Sensitivity Difference(95% CI)

  -1  0 1 

Favors Bleach Centrifugation

Eyangoh SI (a) (2008)*Eyangoh SI (b) (2008)*Mutha A (b) (2005)*Wilkinson D (1997)*Angeby KA (a) (2000)†

Bruchfeld J (2000)†

Daley P (a) (2009)†

Merid Y (c) (2009)†

Gebre N (a) (1995) †† 

Study

-0.00 (-0.01, 0.00)-0.02 (-0.04, -0.01)-0.04 (-0.07, -0.01)0.03 (-0.02, 0.07)-0.03 (-0.05, -0.00)-0.01 (-0.02, 0.00)-0.05 (-0.09, -0.01)-0.16 (-0.21, -0.11)0.00 (-0.02, 0.02)

Specificity Difference(95% CI)

 -1 0 1Favors Bleach Centrifugation

00.10.20.3 0.40.5 0.60.7 0.80.910 

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

SPECIFICITY 

SENSITIVITY

Bleach Centrifugation Microscopy 

Direct Microscopy 

* Low speed centrifugation (< 2500 revolutions per minute or 2000 g)† High speed centrifugation (≥ 2500 revolutions per minute or 2000 g) †† Centrifugation speed not recorded 

Page 37: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

37 

 

FIGURE 4. Bleach Sedimentation versus Direct Microscopy  4A. Study Quality 

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Withdrawals explained?

Uninterpretable results reported?

Index test results blinded?

Index tests described?

Selection criteria described?

Representative spectrum?

Yes Unclear No   4B. Forest Plot: Sensitivity and Specificity 

Direct microscopy

StudyFarnia (b) 2002Frimpong (b) 2005Lawson 2006Merid (a) 2009Merid (b) 2009

TP3630

222118118

FP53388

FN3631

230113113

TN35367

297258258

Sensitivity0.50 [0.38, 0.62]0.49 [0.36, 0.62]0.49 [0.44, 0.54]0.51 [0.44, 0.58]0.51 [0.44, 0.58]

Specificity0.99 [0.97, 1.00]0.96 [0.88, 0.99]0.99 [0.97, 1.00]0.97 [0.94, 0.99]0.97 [0.94, 0.99]

Sensitivity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Specificity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1Bleach sedimentation

StudyFarnia (b) 2002Frimpong (b) 2005Lawson 2006Merid (a) 2009Merid (b) 2009

TP6043

233123133

FP337

1836

FN1218

21910898

TN35567

293248230

Sensitivity0.83 [0.73, 0.91]0.70 [0.57, 0.81]0.52 [0.47, 0.56]0.53 [0.47, 0.60]0.58 [0.51, 0.64]

Specificity0.99 [0.98, 1.00]0.96 [0.88, 0.99]0.98 [0.95, 0.99]0.93 [0.90, 0.96]0.86 [0.82, 0.90]

Sensitivity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Specificity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 

Abbreviations: TP, true positives; FP, false positives; FN, false negatives; TN, true negatives 

 

Page 38: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

38 

 

4C. Forest Plot: Sensitivity and Specificity Differences 

 

 

   4D. Hierarchical Summary Receiver Operating Characteristic Curves 

Lawson L (2006)* 

Merid Y (a) (2009)* 

Farnia P (b) (2002)† 

Frimpong EH (b) (2005)† 

Merid Y (b) (2009)† 

Study

0.02 (0.01, 0.04)

0.02 (-0.00, 0.04)

0.33 (0.21, 0.46)

0.21 (0.09, 0.33)

0.06 (0.03, 0.10)

Sensitivity Difference(95% CI)

   -1  0 1 

Favors Bleach Sedimentation

Lawson L (2006)*

Merid Y (a) (2009)*

Farnia P (b) (2002)†

Frimpong EH (b) (2005)†

Merid Y (b) (2009)†

Study

-0.01 (-0.03, 0.00)

-0.04 (-0.06, -0.01)

0.01 (-0.00, 0.02)

0.00 (-0.01, 0.01)

-0.11 (-0.15, -0.06)

Specificity Difference(95% CI)

-1 0 1 

Favors Bleach Sedimentation

Direct microscopy

Bleach sedimentation microscopy 

00.10.2 0.30.40.5 0.60.70.8 0.910

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

SPECIFICITY 

SE

NS

ITIVITY

* Short‐term sedimentation (< 1 hour) † Overnight sedimentation (15‐24 hours) 

Page 39: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

39 

 

FIGURE 5. NALC‐NaOH Centrifugation versus Direct Microscopy 

5A. Study Quality 

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Withdrawals explained?

Uninterpretable results reported?

Index test results blinded?

Index tests described?

Selection criteria described?

Representative spectrum?

Yes Unclear No   5B. Forest Plot: Sensitivity and Specificity 

Direct microscopy

StudyBahador 2006Cattamanchi 2009Farnia (a) 2002Ganoza (a) 2002Perera 1999Peterson (a) 1999Peterson (b) 1999Smithwick 1981

TP3787366

85863642

FP11506002

FN1583361550

1218

34

TN850108353732200

838

Sensitivity0.71 [0.57, 0.83]0.51 [0.43, 0.59]0.50 [0.38, 0.62]0.29 [0.11, 0.52]0.63 [0.54, 0.71]0.42 [0.35, 0.49]0.82 [0.67, 0.92]0.55 [0.43, 0.67]

Specificity1.00 [0.99, 1.00]0.99 [0.95, 1.00]0.99 [0.97, 1.00]1.00 [0.95, 1.00]0.79 [0.59, 0.92]

Not estimableNot estimable

1.00 [0.99, 1.00]

Sensitivity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Specificity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1NALC-NaOH Centrifugation

StudyBahador 2006Cattamanchi 2009Farnia (a) 2002Ganoza (a) 2002Perera 1999Peterson (a) 1999Peterson (b) 1999Smithwick 1981

TP46896414

1241544145

FP3

1259

19008

FN6

8187

11533

31

TN84897

35364900

832

Sensitivity0.88 [0.77, 0.96]0.52 [0.45, 0.60]0.89 [0.79, 0.95]0.67 [0.43, 0.85]0.92 [0.86, 0.96]0.74 [0.68, 0.80]0.93 [0.81, 0.99]0.59 [0.47, 0.70]

Specificity1.00 [0.99, 1.00]0.89 [0.82, 0.94]0.99 [0.97, 1.00]0.88 [0.78, 0.94]0.32 [0.16, 0.52]

Not estimableNot estimable

0.99 [0.98, 1.00]

Sensitivity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Specificity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 

Abbreviations: TP, true positives; FP, false positives; FN, false negatives; TN, true negatives 

Page 40: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

40 

 

5C. Forest Plot: Sensitivity and Specificity Differences 

 

  5D. Hierarchical Summary Receiver Operating Characteristic Curves 

Bahador A (2006)Cattamanchi A (2009)Farnia P (a) (2002)Ganoza CA (a) (2008)Perera J (1999)Smithwick RW (1981)

Study*

-0.00 (-0.01, 0.00)-0.10 (-0.17, -0.04)0.00 (-0.00, 0.00)-0.12 (-0.21, -0.03)-0.46 (-0.68, -0.24)-0.01 (-0.01, -0.00)

Specificity Difference(95% CI)

 -1 0 1Favors NALC-NaOH Centrifugation

Bahador A (2006) Cattamanchi A (2009) Farnia P (a) (2002) Ganoza CA (a) (2008) Perera J (1999) Smithwick RW (1981) 

Study* 

0.17 (0.05, 0.30)0.01 (-0.01, 0.03)0.39 (0.26, 0.52)0.38 (0.13, 0.64)0.29 (0.21, 0.37)0.04 (-0.02, 0.10)

Sensitivity Difference (95% CI)

 -1  0 1Favors NALC-NaOH Centrifugation

Direct microscopy 

NALC-NaOH Centrifugation 

00.10.20.30.4 0.50.60.70.80.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

SPECIFICITYS

EN

SITIVITY

* All studies performed high speed centrifugation (≥ 2500 revolutions per minute or 2000 g)

Page 41: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

41 

 

FIGURE 6. NaOH Centrifugation versus Direct Microscopy

6A. Study Quality 

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Withdrawals explained?

Uninterpretable results reported?

Index test results blinded?

Index tests described?

Selection criteria described?

Representative spectrum?

Yes Unclear No   6B. Forest Plot: Sensitivity and Specificity 

Direct microscopy

StudyAngeby (b) 2000Apers 2003Mutha (a) 2005Naganathan 1979Van Deun 2008Vasanthakumari 1988

TP26

15811

4418785

FP215

24120

FN20766

10810063

TN255

21275926

13540

Sensitivity0.57 [0.41, 0.71]0.68 [0.61, 0.73]0.65 [0.38, 0.86]0.80 [0.77, 0.84]0.47 [0.39, 0.54]0.57 [0.49, 0.66]

Specificity0.99 [0.97, 1.00]0.95 [0.77, 1.00]0.98 [0.96, 0.99]0.97 [0.96, 0.98]0.99 [0.98, 1.00]

Not estimable

Sensitivity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Specificity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1NaOH Centrifugation

StudyAngeby (b) 2000Apers 2003Mutha (a) 2005Naganathan 1979Van Deun 2008Vasanthakumari 1988

TP35

20416

42485

134

FP3167

120

FN11301

12510214

TN254

21274943

13540

Sensitivity0.76 [0.61, 0.87]0.87 [0.82, 0.91]0.94 [0.71, 1.00]0.77 [0.73, 0.81]0.45 [0.38, 0.53]0.91 [0.85, 0.95]

Specificity0.99 [0.97, 1.00]0.95 [0.77, 1.00]0.98 [0.95, 0.99]0.99 [0.98, 1.00]0.99 [0.98, 1.00]

Not estimable

Sensitivity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Specificity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 

Abbreviations: TP, True Positives; FP, False Positives; FN, False Negatives; TN, True Negatives 

Page 42: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

42 

 

6C. Forest Plot: Sensitivity and Specificity Differences 

 

 

 

 

6D. Hierarchical Summary Receiver Operating Characteristic Curves 

Apers L (2003)*

Mutha A (a) (2005)*

Angeby KA (b) (2000)†

Naganathan N (1979)†

Van Deun A (2008)†

Study

0.00 (-0.05, 0.05)

-0.00 (-0.01, 0.01)

-0.00 (-0.02, 0.01)

0.02 (0.01, 0.03)

0.00 (-0.00, 0.00)

Specificity Difference

(95% CI) 

 -1 0 1

Favors NaOH Centrifugation

Apers L (2003)* 

Mutha A (a) (2005)* 

Angeby KA (b) (2000)† 

Naganathan N (1979)† 

Van Deun A (2008)† 

Study 

0.20 (0.14, 0.25)

0.29 (0.02, 0.57)

0.20 (0.06, 0.33)

-0.03 (-0.05, -0.01)

-0.01 (-0.03, 0.01)

Sensitivity Difference

(95% CI) 

   -1 0 1

Favors NaOH Centrifugation

Direct microscopy 

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

SPECIFICITY

NaOH Centrifugation 

SE

NS

ITIVITY

* Low speed centrifugation (< 2500 revolutions per minute or 2000 g)† High speed centrifugation (≥ 2500 revolutions per minute or 2000 g) 

Page 43: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

43 

 

FIGURE 7. HIV‐Infected Patients,  Any Processing Method versus Direct Microscopy 

7A. Study Quality 

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Withdrawals explained?

Uninterpretable results reported?

Index test results blinded?

Index tests described?

Selection criteria described?

Representative spectrum?

Yes Unclear No   7B. Forest Plot: Sensitivity and Specificity 

Direct microscopy (HIV)

StudyBruchfeld 2000Cattamanchi 2009Eyangoh (a) 2008Eyangoh (b) 2008

TP37878787

FP0100

FN59839898

TN0

108233233

Sensitivity0.39 [0.29, 0.49]0.51 [0.43, 0.59]0.47 [0.40, 0.54]0.47 [0.40, 0.54]

SpecificityNot estimable

0.99 [0.95, 1.00]1.00 [0.98, 1.00]1.00 [0.98, 1.00]

Sensitivity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Specificity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1Processed microscopy (HIV)

StudyBruchfeld 2000Cattamanchi 2009Eyangoh (a) 2008Eyangoh (b) 2008

TP4889

100102

FP0

1216

FN48818583

TN0

97232227

Sensitivity0.50 [0.40, 0.60]0.52 [0.45, 0.60]0.54 [0.47, 0.61]0.55 [0.48, 0.62]

SpecificityNot estimable

0.89 [0.82, 0.94]1.00 [0.98, 1.00]0.97 [0.94, 0.99]

Sensitivity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Specificity

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 

Abbreviations: TP, True Positives; FP, False Positives; FN, False Negatives; TN, True Negatives 

 

Page 44: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

44 

 

7C. Forest Plot: Sensitivity and Specificity Differences  

 

  

Eyangoh SI (a) (2008)* 

Eyangoh SI (b) (2008)* 

Cattamanchi A (2009)† 

Study 

0.07 (0.03, 0.11)

0.08 (0.04, 0.13)

0.01 (-0.01, 0.03)

Sensitivity Difference(95% CI)

   -1  0 1 

Favors sputum processing

Eyangoh SI (a) (2008)*

Eyangoh SI (b) (2008)*

Cattamanchi A (2009)†

Study

-0.00 (-0.02, 0.01)

-0.03 (-0.05, -0.00)

-0.10 (-0.17, -0.04)

Specificity Difference (95% CI) 

 -1 0 1

Favors sputum processing

* Bleach centrifugation (< 2500 revolutions per minute or 2000 g)† NALC‐NaOH centrifugation (≥ 2500 revolutions per minute or 2000 g) 

Page 45: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

45 

 

Supplementary Table 1. Characteristics of included studies without a reference standard  

A. BLEACH CENTRIFUGATION Study  Country  Stain  Chemical 

Method Physical  Method 

Study Population 

Health Care 

Setting 

Patient Selection 

N  Smears Blinded 

DS Positive Proportio

PS Positive Proportio

n Abdurahman (b), 

2000 Ethiopia  ZN  Bleach  Cent 800‐

3000 g Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive 100  Yes  .22 .41

Ängeby (c), 2000  Honduras  ZN  Bleach 5.25% 

Cent        3000 g 

Specimens NR Convenience 971  NR  .08 .10

Ängeby (d), 2000  Honduras  ZN  Bleach 5.25% 

Cent        3000 g 

Specimens Outpatient Convenience 1422  NR  .02 .03

Aung, 2001  Myanmar  ZN  Bleach % NR 

Cent        3000 g 

Pulmonary TB patients 

Outpatient Convenience 948  NR  .26 .31

Cameron a, 1945  USA  ZN  Bleach % NR 

Cent        3000 rpm 

Pulmonary TB suspects and patients 

NR NR 329  NR  .18 .33

Cameron b, 1945  USA  ZN  Bleach % NR 

Cent        3000 rpm 

Pulmonary TB suspects and patients 

NR NR 211  NR  .22 .33

Cameron, 1946  USA  ZN  Bleach % NR 

Cent        3000 rpm 

Pulmonary TB suspects and patients 

NR NR 397  NR  .21 .25

Contijo Filho (b), 1979 

Brazil  ZN  Bleach % NR 

Cent        1200 g 

Pulmonary TB suspects and patients 

NR Convenience 122  NR  .34 .36

Gebre (b), 1995  Ethiopia  ZN  Bleach 4.4% 

Cent Speed NR 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Convenience 500  Yes  .08 .14

Gebre (c), 1995  India  ZN  Bleach 4.4% 

Cent Speed NR 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Convenience 103  Yes  .16 .34

Gebre‐Salassie (b), 2003 

Ethiopia  ZN  Bleach 5%  Cent  3000 g 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive 200  NR  .09 .30

Habeenzu, 1998  Zambia  ZN  Bleach   4‐5% 

Cent  3000 g 

Pulmonary TB suspects 

NR Convenience 488  No  .14 .24

Miörner (a), 1996  Ethiopia  ZN  Bleach 5%  Cent        3000 g 

Pulmonary TB suspects  

NR Convenience 545  Yes  .17 .21

Rasheed (a),  2008  Ethiopia  ZN  Bleach 5%  Cent  3000 g 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Convenience 220  NR  .20 .39

Saxena, 2001  India  ZN  Bleach       4‐5% 

Cent  1500 rpm 

Pulmonary TB suspects 

NR Convenience 304  NR  .17 .32

Page 46: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

46 

 

Selassie (b), 2001  Ethiopia  ZN  Bleach       % NR 

Cent   3494 g 

Pulmonary TB suspects 

NR Consecutive 200  NR  .13 .31

B. BLEACH SEDIMENTAION Study  Country  Stain  Chemical 

Method Physical  Method 

Study Population 

Health Care 

Setting 

Patient Selection 

N  Smears Blinded 

DS Positive Proportio

PS Positive Proportio

n Abdurahman (a), 

2000 Ethiopia  ZN  Bleach       

4‐5% Sed 

overnight Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive 100  Yes  .22 .37

Bonnet, 2008  Kenya  ZN  Bleach 3.5% 

Sed 15 hours 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive 644  Yes  .22 .27

Contijo Filho (a), 1979 

Brazil  ZN  Bleach % NR 

Sed <1 hour 

Pulmonary TB suspects and patients 

NR Convenience 122  NR  .34 .30

Douthwaite, 2007  Ethiopia  ZN  Bleach 5%  Sed <1 hour 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive 198  NR  .26 .31

Gebre‐Salassie (a), 2003 

Ethiopia  ZN  Bleach 5%  Sed 16 hours 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive 200  NR  .09 .26

Lawson, 2007  Nigeria  ZN  Bleach 3.5% 

Sed <1 hour 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive 422  NR  .27 .31

Miörner (b), 1996  Ethiopia  ZN  Bleach 5%  Sed 15‐18 hours 

Pulmonary TB suspects 

NR Convenience 545  Yes  .17 .21

Pandey (a) 2009  India  ZN  Bleach 5%  Sed 12‐15 hours 

Pulmonary TB suspects 

NR Convenience 450  Yes  .22 .28

Rasheed (b), 2008  Ethiopia  ZN  Bleach 5%  Sed overnight 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Convenience 220  NR  .20 .35

Van Deun, 2000  Bangladesh  ZN  Bleach       % NR 

Sed overnight 

Specimens Outpatient Consecutive 3287  Yes  .16 .17

Yassin, 2003  Ethiopia  ZN  Bleach 5%  Sed <1 hour 

Pulmonary TB suspects 

Outpatient Consecutive 200  Yes  .18 .26

C. NALC‐NaOH CENTRIFUGATION Study  Country  Stain  Chemical 

Method Physical  Method 

Study Population 

Health Care Setting 

Patient Selection 

N  Smears Blinded 

DS Positive Proportio

PS Positive Proportio

n Pandey (b) 2009  India  ZN  NALC‐

NaOH Cent 3000 

rpm Pulmonary TB suspects 

NR Convenience 450  Yes  .22 .28

Smithwick , 1979  USA  AO  NALC‐NaOH 

Cent Speed NR 

Specimens NR Convenience 328  NR  .04 .05

D. NaOH CENTRIFUGATION Study  Country  Stain  Chemical 

Method Physical  Method 

Study Population 

Health Care Setting 

Patient Selection 

N  Smears Blinded 

DS Positive Proportio

PS Positive Proportio

Page 47: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

47 

 

Biswas (a), 1987  India  ZN  NaOH  Cent        speed NR 

Pulmonary TB suspects 

NR Convenience 102  NR  .45 .48

Cameron a, 1945  USA  ZN  NaOH  Cent  3000 rpm 

Pulmonary TB suspects and patients 

NR NR 329  NR  .22 .27

Cameron b, 1945  USA  ZN  NaOH  Cent 3000 rpm 

Pulmonary TB suspects and patients 

NR NR 211  NR  .18 .27

Gopinathan (a), 1984 

India  ZN  NaOH  Cent  3000 g 

Pulmonary TB patients 

Outpatient Convenience 65  NR  .18 .35

Harries, 1998  Malawi  ZN  NaOH  Cent  3000 g 

Pulmonary TB suspects 

NR Convenience 319  NR  .26 .25

Kochhar, 2002  India  ZN  NaOH  Cent  3000 g 

Specimens NR Convenience 1484  NR  .09 .12

Tech, 1965  The Philippines 

ZN  NaOH  Cent Speed NR 

Specimens Inpatient and 

outpatient 

NR 581  No  .28 .20

E. OTHER PROCESSING METHODS Study  Country  Stain  Chemical 

Method Physical  Method 

Study Population 

Health Care Setting 

Patient Selection 

N  Smears Blinded 

DS Positive Proportio

PS Positive Proportio

n Contijo Filho (c), 

1979 Brazil  ZN  Bleach % 

NR Flotation Pulmonary 

TB suspects and patients 

NR Convenience 122  NR  .34 .44

Gopinathan (b), 1984 

India  ZN  Bleach % NR 

Flotation Pulmonary TB patients 

Outpatient Convenience 65  NR  .18 .48

Rattan, 1994  India  ZN  Bleach 1%  Flotation Specimens NR Random 100  Yes  .33 .38

Selassie (a), 2001  Ethiopia  ZN  None  Cent   3494 g 

Pulmonary TB suspects 

NR Consecutive 200  NR  .13 .23

Vincy, 2008  India  ZN  Bleach ammoniu

m sulphate 

Sed overnight 

Specimens NR NR 190  Yes  .22 .24

Abbreviations: AO, Auramine‐O; Cent, Centrifugation; DS, Direct smear: NR, Not Reported; PS, Processed smear; Sed, Sedimentation; TB, tuberculosis; ZN, Ziehl‐Neelsen 

Page 48: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

48 

 

Supplementary Table 2. Pooled Sensitivity and Specificity Differences – Generalized Estimating Equation Model* 

Group Number of

Studies

Sensitivity Difference†,

% (95% CI)

Specificity Difference†,

% (95% CI)

Bleach centrifugation 9 7 (4, 11) -3 (-7, 0)

Bleach sedimentation 5 7 (0, 13) -3 (-7, 1)

NALC-NaOH Centrifugation 6†† 17 (2, 32) -2 (-4, 1)

NaOH Centrifugation 5‡ 4 (-8, 16) 1 (-1, 2)

HIV, Any Processing Method 3‡ 6 (2, 10) -3 (-7, 1)

* Parameters of Generalized Estimating Equation Model: Clustering variable – study; Predictor – microscopy type (processed verus. direct); Outcome – number of true positive smear results (for sensitivity difference) or true negative smear results (for specificity difference); Outcome distribution – binomial; Link – logit; Correlation structure – exchangeable with robust standard errors † Positive difference favors processed microscopy †† 2 studies excluded (data to calculate specificity not reported) ‡ 1 study excluded (data to calculate specificity not reported) Abbreviations: CI, confidence interval; NALC‐NaOH, N‐acetyl‐L‐cysteine – Sodium hydroxide; NaOH, Sodium hydroxide.  

Page 49: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

49 

 

Appendix A. LITERATURE SEARCH, SPUTUM PROCESSING, RUN DATE JANUARY 7, 2009 

PubMed 

Search  Most Recent Queries  Time  Result 

#2 Search #1   Limits: Publication Date from 2005 to 2008  14:03:26 564

#1 Search (tuberculosis[MeSH] OR mycobacterium tuberculosis[MeSH] OR tuberculosis[ti]) AND (microscopy[MeSH] OR (sputum[MeSH] AND smear*) OR acid‐fast[TI] OR (AFB[TIAB] AND smear*) OR (AFB[TIAB] AND sputum) OR (sputum smear*[TI]) OR (smear examination*[TI]) OR ("sputum microscopy"[TI]) OR (bacteriolog*[TI] AND tuberculosis[TI]) OR (direct microscop*[TI]) OR (sensitivity[TI] AND microscopy[TI]) OR (microbiolog*[TI] AND tuberculosis[TI])) 

14:03:05 3151

No. Query Results Date

#1 (('tuberculosis'/exp OR 'mycobacterium tuberculosis'/exp OR 'acid fast bacterium'/exp OR tuberculosis:ti OR (('acid-fast':ti OR 'acid fast':ti) AND (bacill*:ti OR bacteri*:ti))) AND ('sputum'/exp OR 'sputum examination'/exp OR sputum:ti OR smear*:ti) AND ('microscopy'/exp OR microscop*:ti)) OR (('tuberculosis'/exp OR 'mycobacterium tuberculosis'/exp OR 'acid fast bacterium'/exp OR tuberculosis:ti OR (('acid-fast':ti OR 'acid fast':ti) AND (bacill*:ti OR bacteri*:ti))) AND ('sputum'/exp OR 'sputum examination'/exp OR sputum:ti OR smear*:ti) AND (sensitiv*:ti OR bacteriolog*:ti OR 'direct microscopy':ti OR 'direct microscopic':ti OR microbiolog*:ti))

675 07 Jan 2009

#2 #2 AND [01-12-2004]/sd NOT [31-12-2008]/sd

Date limit: Dec 1, 2004 – Dec 31, 2008

187 07 Jan 2009

Web of Science®

Search History

# 2 286 #1

Databases=SCI-EXPANDED Timespan=2005-2008

# 1 1,043 Topic=(tuberculosis) AND Title=(sputum or smear or smears or microscop* or bacteriolog* or afb or acid-fast)

Databases=SCI-EXPANDED Timespan=All Years

Page 50: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

50 

 

BIOSIS Previews®

Search History

# 2 156 #1

Databases=PREVIEWS Timespan=2005-2008

# 1 1,648 Topic=(tuberculosis) AND Title=(sputum or smear or smears or microscop* or bacteriolog* or afb or acid-fast)

Databases=PREVIEWS Timespan=All Years

 

Page 51: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

51 

 

Appendix B: DATA EXTRACTION FORM, SPUTUM PROCESSING 

Title of Article:_________________________________________________________________ 

Title of Journal:_________________________________________________________________ 

PART 1: PUBLICATION INFORMATION 1. Publication #: 

 

2. Study # (a, b, c, etc): 

 

3. First author:  4. Data extracted by: (initials) 

 

5. Year of Publication: 

 

6. Type of publication: 

� full paper 

� short communication 

� unpublished document 

Other: ___________________________________ 

7. Country where study was done 

� NR 

� Name of country: ___________________ 

 PART 2: STUDY DESIGN AND POPULATION CHARACTERISTICS 

8. Study design  � Cross‐sectional 

� Case‐control 

� Longitudinal 

� Other (specify):______________________________________ 

8a. Study population  � PTB suspects 

� PTB patients 

� PTB patients and suspects 

� Specimens 

� Other (specify):______________________________________ 

9. Data collection  � NR          � Prospective          � Retrospective 

Page 52: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

52 

 

10. Healthcare setting  � NR     � In‐patient (hospitalized)      � Out‐patient      � Both 

11. Did the study involve patients or specimens?                 

� Patients         � Specimens 

12. Patient selection  � NR 

� Consecutive sample 

� Random sample 

� Convenience sample 

� Other (specify): _______________________________________ 

13. Age category   � NR     � Adults only (≥15 years)     � Children Only     � Both 

14. Did the study include patients with HIV?  

� NR     � Yes            � No   

       

14a. If Yes,  % HIV positive:______ 

15. Were eligibility criteria clearly reported?  � Yes      � No 

16. Did all patients receive same reference standard (regardless of smear result)? 

� Yes      � No 

17. Was the processed smear method described in sufficient detail to permit replication? 

� Yes      � No 

18. Were smears interpreted without knowing culture results? 

� NA 

� NR 

� No 

� Direct smears only 

� Processed smears only 

� Both Direct and Processed smears 

Page 53: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

53 

 

19. Were DS and PS interpreted blindly (without knowing result of other)? 

� NR     � Yes            � No 

Comments on study design and quality:  

  

PART 3: LABORATORY DETAILS 20. Number of specimens examined per patient 

� NR 

� Specify:_________________ 

21. Sputum type  � NR 

� Spontaneous (expectorated) 

� Induced  

� Both 

22. Smear preparation technique  � NR 

� Single specimen used for both DS and PS 

� Separate specimens used for DS and PS 

� Pooled specimens used for PS after taking part for DS  

� Other (specify):_______________________________ 

23. Did a peripheral lab perform DM? 

� NR     � Yes            � No 

24. Did a peripheral lab perform PM? 

� NR     � Yes            � No 

25. Were DM and PM performed in the same lab?  

� NR     � Yes            � No 

26. Were microscopists reported as being trained? 

� NR     � Yes            � No 

27. EQA program in place?  � NR     � Yes            � No 

 

Page 54: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

54 

 

PART 4: SPUTUM PROCESSING AND MICROSCOPY DETAILS 28. Chemical digestion/ decontamination  method  

� NR                                                  � PhAS 

� No chemical method used          � NALC‐NaOH 

� NaOCl (bleach) < 5%                     � NaOH (Petroff)            

� NaOCl (bleach) ≥ 5%                     � Other (specify):___________ 

� NaOCl (bleach) % NR                     

29. Physical processing method  

 

� NR (go to q30) 

� No physical processing (go to q30) 

� Centrifugation < 2500 rpm or 2000g (go to q29a) 

� Centrifugation ≥ 2500 rpm or 2000g  (go to q29a) 

� Centrifugation (speed NR) (go to q30) 

� Sedimentation < 1 hour (go to q29c) 

� Sedimentation ≥ 1 hour (go to q29c) 

� Sedimentation (time NR) (go to q30) 

� Other (specify): __________________________________ 

29a. Centrifugation speed 

Specify: ___________  � rpm      � g 

29b. Centrifugation time 

Specify (in minutes): ___________ 

29c. Sedimentation time 

Specify (in hours): ___________ 

30. Stain used:  � NR                                                � Auramine‐Rhodamine (AR)                  

� Ziehl‐Neelsen (ZN)                      � Auramine‐Phenol (AP)                          

� Kinyoun (KN)                             � Other: ____________________ 

� Auramine‐O (AO)    

Page 55: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

55 

 

31. How was a positive smear defined? 

 (if guideline referenced, look up guideline) 

NR  

≥ ________ bacilli per _______ high power fields 

(fill in both blanks) 

 

32. Gold standard used: 

 

� NR      � YES  (Go to q33)    � NO (Go to q36) 

33. If gold standard was used, which method? 

� NR 

� Solid culture media (e.g., LJ, Ogawa, Middlebrook 7H10)                                               

� Liquid culture media (e.g., Middlcbrook 7H9, BACTEC, MGIT) 

� Other: ______________________  

 

PART 5: RESULTS: 2X2 TABLES FOR SENSITIVITY/SPECIFICITY (when gold standard used) or SMEAR POSITIVE PROPORTION (when no gold standard used)  

34. Direct Smear Results (Fill in numbers for each cell if gold standard used) 

 

 Culture 

Direct S

mear    +  ‐ 

+  34a._______  34c._______ 

‐  34b._______  34d._______ 

35. Processed Smear Results (Fill in numbers for each cell if gold standard used) 

 Culture 

Page 56: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

56 

 

Processed 

Smear 

  +  ‐ 

+  35a._______  35c._______ 

‐  35b._______  35d._______ 

Smear positive proportion (Fill only when no gold standard used) 

  36. Direct Microscopy 

37. Processed Microscopy 

# Positive 

 36a. _______________ 

37a. _______________ 

# Tested 

 36b. _______________ 

37b. _______________ 

 

FILL THE FOLLOWING SECTION ONLY IF RESULTS FOR HIV‐INFECTED PATIENTS REPORTED SEPARATELY 

38. Direct Smear Results in HIV‐infected patients (Fill in numbers for each cell if gold standard used) 

 

 Culture 

Direct S

mear    +  ‐ 

+  38a._______  38c._______ 

‐  38b._______  38d._______ 

39. Processed Smear Results in HIV‐infected patients (Fill in numbers for each cell if gold standard used) 

 Culture 

Processed 

Smear 

  +  ‐ 

+  39a._______  39c._______ 

‐  39b._______  39d._______ 

 

Page 57: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

57 

 

       Smear positive proportion in HIV‐infected patients (Fill only when no gold standard used) 

  40. Direct Microscopy 

41. Processed Microscopy 

# Positive 

 40a. _______________ 

41a. _______________ 

# Tested 

 40b. _______________ 

41b. _______________ 

 

Page 58: Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, August,

Sputum processing, Cattamanchi et al, UCSF, 20 August, 2009 

58 

 

APPENDIX C   

QUADAS: A TOOL FOR THE QUALITY ASSESSMENT OF STUDIES OF DIAGNOSTIC ACCURACY 1. Was the spectrum of patients representative of the patients who will receive the test in practice? 

 YES   NO   UNCLEAR 

2. Were selection criteria clearly described?   YES   NO   UNCLEAR 

3. Is the reference standard likely to correctly classify the target condition? 

 YES   NO   UNCLEAR 

4. Is the time period between reference standard and index test short enough to be reasonably sure that the target condition did not change between the two tests? 

 YES   NO   UNCLEAR 

5. Did the whole sample or a random selection of the sample, receive verification using a reference standard of diagnosis? 

 YES   NO   UNCLEAR 

6. Did patients receive the same reference standard regardless of the index test result? 

 YES   NO   UNCLEAR 

7. Was the reference standard independent of the index test (i.e. the index test did not form part of the reference standard)? 

 YES   NO   UNCLEAR 

8. Was the execution of the index test described in sufficient detail to permit replication of the test? 

 YES   NO   UNCLEAR 

9. Was the execution of the reference standard described in sufficient detail to permit its replication? 

 YES   NO   UNCLEAR 

10. Were the index test results interpreted without knowledge of the results of the reference standard? 

 YES   NO   UNCLEAR 

11. Were the reference standard results interpreted without knowledge of the results of the index test? 

 YES   NO   UNCLEAR 

12. Were the same clinical data available when test results were interpreted as would be available when the test is used in practice? 

 YES   NO   UNCLEAR 

13. Were uninterpretable/intermediate test results reported?   YES   NO   UNCLEAR 

14. Were withdrawals from the study explained?   YES   NO   UNCLEAR 

Whiting P, Rutjes AW, Reitsma JB, Bossuyt PM, Kleijnen J. The development of QUADAS: a tool for the quality assessment of studies of diagnostic accuracy included in systematic reviews. BMC Med Res Methodol, 3, 25 (2003)