迅速提升檢驗量能的「迷你池法」，是否可以成為擴大篩檢的助力？

文：陳宏賓（UniMath，中興大學應數系）

我們的世界在2、3月發生了巨變，為了抵擋新冠病毒持續擴散，各國陸續下達封城等極端措施。從3月開始，台灣的每日確診案例也穩定的維持在1、20例上下，截至今日（4月6日）已經累計373例。民眾緊張的氣氛，也隨著近幾天找不到感染源的本土案例增加而升高。

許多人質疑目前台灣的篩檢標準是否訂得太嚴格，容易有漏網之魚；也有人建議擴大篩檢範圍，例如入境者全面篩檢之類的。

擴大篩檢要面對的至少有兩個問題：

1. 檢驗量能：台灣一天最多能夠進行多少量的PCR檢驗？
2. 必要性：亂槍打鳥式的檢驗如果沒有辦法有效抓到鳥，反而浪費了醫療資源。必須要知道，任何檢驗都是要成本的。

關於檢驗量能的提升，這裡要和大家分享一個好消息。前幾天德國一個專業網站healthcare-in-europe.com發佈一則新聞，節錄新聞的重點，簡單說就是德國的科學家發展出一種新的檢驗程序，可以大幅增加檢驗量能對抗新冠病毒。

整個研究團隊組成包含德國紅十字捐血中心Erhard Seifried教授的團隊，和法蘭克福大學醫院病毒醫學中心Sandra Ciesek教授的團隊。他們稱這個新方法為「迷你池法」‬（mini pool method）。報導指出這個方法通過由德國醫學學會（German Medical Association）認證的環形比對試驗（Ring Trial）。可以理解成這套方法經過其他醫療檢驗機構的佐證，具備可靠性和一致性。

圖片來源：作者提供

結果顯示，新的「迷你池法」可達到與一個一個個別檢驗不相上下的水準。白話就是說，傳統方法驗的出來，「迷你池法」也能驗的出來。

他們另外又將這套方法用在50個檢驗樣本（未經篩選過），將之分成10個迷你池，每個迷你池有五個樣本。然後對這10個迷你池做PCR驗病毒，也同時對50個樣本一一檢驗。結果裡面有五個樣本感染新冠病毒，分佈在四個迷你池中，而這四個迷你池也都正確驗出陽性。

至於其他不包含病毒樣本的迷你池，則全都是陰性反應。兩種方法的最終結果完全吻合。

這個發現為未來對抗新冠病毒帶來希望，將人類大量篩檢新冠病毒的能力提升到另一個層級——成本固定但檢驗更多人數。如此一來能更快掌握整體受感染人數的資訊，並且加以管控隔離。

以現在通過評測的方法來說，一個mini pool測五個檢體，假設以台灣目前一天檢驗800人左右來算，可直接加速到4000人。假設陽性率一樣維持在1％左右，偵測到40位感染者，最糟就分佈在40個mini pool，因此總共頂多需要40*5＋800＝1000個檢驗，就能夠達到4000人次的篩檢能量。效率翻了四倍，重點是PCR檢驗成本幾乎不變。

以上就是來自德國的新消息，以下有幾點要補充說明。

1. 這個「迷你池法」不是新的

早在第二次世界大戰期間，美國科學家Robert Dorfman就提出將若干樣本混合後，再進行一次檢驗的方法，跟這裡所說的「迷你池法」完全一致。當時是用來檢驗大量徵召來投入戰場的士兵，是否感染梅毒。

這個方法後來稱為「群試理論」（group testing），因應各種實際應用問題，發展出更多種不同的模型，應用在血液檢驗、分子生物或化學實驗、DNA定序以及藥物篩選。此外，也有用在工業品管和電腦科學上，例如影像壓縮、電子防盜指紋應用等等。

2. 這個方法有兩個固有的使用限制

第一，是要檢驗的物品要能夠放在一起測試，這個在PCR檢驗上應不成問題。PCR如同擴大機，只是藉由不斷的加熱降溫過程，並透過聚合酶反應讓DNA增至病毒量可被偵測。報導中提到迷你池法不會稀釋病毒的比例，這或許就是迷你池法可以和一個一個檢驗，達到相同水準的緣故。

第二，是當陽性率過高時，不適合用群試，因為並不會提高效率。看一個極端例子，如果上述50個樣本中都被感染病毒，那麼你分成迷你池就測了10次，結果10個迷你池都陽性又要再一一檢驗，最後全部花了10＋50＝60次，白白浪費了力氣，還不如一開始就一一檢驗。其實不用到全部，只要不到五分之一以上，就沒有太多效率上的優勢了。

3. 有爆發疑慮、但還沒爆發的地方適合用這招

利用大量篩檢來圍堵病毒，現在台灣的陽性率低，大約1％左右，所以非常適合用這招。陽性率太高不適合用，例如現在的紐約。

4. 會不會發生誤判？

依據德國研究團隊的說法，跟一個一個檢驗一樣準。換句話說，迷你池法驗不出來的，原本的一一檢驗方式也驗不出來。

5. 容錯設計

群試理論發展多年有比迷你池法更進階的設計，其中一個就是容錯設計，可以容許錯誤發生。像這種生物實驗出錯有許多可能，實驗本身或其他人為失誤，都有可能造成偽陰性或偽陽性。容錯設計就是在少量實驗結果出錯時，仍可糾正回來，這也牽涉到編碼學。

6. 同步設計

迷你池法的一個缺點，是第一輪大量篩檢後，還要經過第二輪才能確認。如果一輪檢驗耗時三天，這樣等於至少要等六天才能得知結果，多了三天到處走也提高了不少風險。

同步設計就可以避免這個問題，所有檢驗在第一輪完成，透過適當設計，只要從檢驗結果就能反推確診案例，無須進行第二輪檢驗。真的很神奇，不過這就是數學而已。

7. 群試理論還有很多特別的模型

例如應用在B型肝炎檢驗時，由於驗B肝是抽血液。若干血液混合後，除了有病毒被稀釋的疑慮要面對之外，將有B肝抗原的血液和有B肝抗體的血液混在一起，也會發生抗原抗體結合的抑制效果。造成結果顯示陰性，但實際裡面有人是陽性的誤判。這種也有其他特別的模型，提供好的解答方案。

8. 另一種模型，是一個迷你池要同時有兩個以上的被感染樣本，才會呈現陽性